Przyszłość łączności satelitarnej – lasery

Na okołoziemskiej orbicie z roku na rok pojawia się coraz więcej satelitów. Aktualnie liczba aktywnych urządzeń szacowana jest na ponad 1300 sztuk o łącznej masie przekraczającej 2 tys. ton.

Wszystkie produkują lub odbierają ogromne ilości danych fotograficznych, telemetrycznych czy naukowych. Te orbitujące satelity muszą jednak borykać się z problemami związanymi z krótkim czasem dostępu do stacji naziemnej czy niekorzystnymi warunkami atmosferycznymi znacząco pogarszającymi jakość transmisji. Innowacyjne rozwiązanie wdrażane aktualnie przez Europejską Agencję Kosmiczną wraz z Airbus Defence and Space może diametralnie odmienić tę sytuację.

Wizualizacja połączenia między Sentinelem-1, EDRS a stacją naziemną w Redu. Credit: ESA

Z końcem stycznia 2016 r. na orbicie okołoziemskiej znalazł się, wyniesiony na rakiecie Proton, satelita telekomunikacyjny Eutelsat-9B. Na jego pokładzie znajdował się pierwszy europejski terminal łączności laserowej The European Data Relay System (EDRS-A). Z wysokości orbity geostacjonarnej będzie zapewniał komunikację o niespotykanej dotąd przepustowości z satelitami na niskich orbitach okołoziemskich. W przyszłym roku planowane jest wyniesienie drugiego satelity z tym systemem, a w 2020 dołączy do nich trzeci, ustanawiając w ten sposób globalną sieć umożliwiającą połączenie niemal z każdego miejsca na Ziemi.

Typowy satelita na niskiej orbicie okołoziemskiej przekazuje zebrane przez siebie dane, gdy znajdzie się w polu widzenia swojej stacji naziemnej. W zależności od liczby takich stacji czas pomiędzy kolejnymi sesjami łączności może wynosić od kilkunastu minut do kilkunastu godzin, a zazwyczaj czas trwania połączenia nie przekracza kilku minut. Niekiedy jednak zdarzają się sytuacje, jak na przykład podczas klęsk żywiołowych, gdy niezbędny jest natychmiastowy dostęp do danych satelitarnych. W takich momentach świetnie sprawdzi się EDRS, który jako ogniwo w komunikacji między stacją naziemną a satelitą pozwoli na błyskawiczne przesłanie niezbędnych informacji.

Najlepiej możliwości systemu przedstawia poniższy film. Satelita na niskiej orbicie okołoziemskiej, gdy ma do przesłania paczkę danych, zgłasza się do terminala EDRS, który rozpoczyna nasłuchiwanie. Transmisja dokonuje się za pomocą lasera, dzięki czemu przepustowość może osiągnąć nawet 1800 Mbit/s. W tym samym czasie zebrane dane przekazywane są z orbity geostacjonarnej do stacji naziemnej z niemal taką samą prędkością. Główną zaletą tego rozwiązania, oprócz wysokiej przepustowości, jest możliwość nawiązania nieprzerwanego połączenia, dzięki czemu od razu po dokonaniu transmisji nadający satelita może przystąpić do dalszej pracy. Telekomendy ze stacji naziemnej również mogą być przesyłane tą drogą. To wszystko umożliwia dostęp do danych satelitarnych niemal w czasie rzeczywistym.

Z systemu EDRS mogą korzystać nie tylko satelity, ale również samoloty, statki czy Międzynarodowa Stacja Kosmiczna, a dzienna ilość danych możliwych do przesłania wyniesie ok. 50 terabajtów (to ok. 70 tys. płyt CD). Warto nadmienić, że aktualnie łączność laserowa jest niemal niemożliwa do przechwycenia. Ponadto, pomysłodawcy systemu liczą, że wyniesienie konstelacji satelitów-terminali da początek nowemu sektorowi na rynku satelitarnym, oferującemu wysokiej jakości połączenia między satelitami a ich klientami. Pierwszymi urządzeniami, które skorzystają z tego systemu będą satelity konstelacji Sentinel programu Copernicus, których zadaniem jest m.in. wczesne wykrywanie zagrożeń naturalnych.

System EDRS to wstępna faza do ogólnoświatowego systemu łączności satelitarnej GlobeNet, który w przyszłości ma odmienić sposób, w jaki łączymy się nie tylko z satelitami, ale również z potencjalnymi koloniami na Księżycu czy Marsie.