Trọng tải ILLUMA-T của NASA sắp được phóng lên Trạm vũ trụ quốc tế và nhằm mục đích chứng minh tiềm năng của truyền thông laser để tăng tốc độ truyền dữ liệu. Sự hợp tác này với LCRD sẽ thay đổi hoàn toàn cách truyền dữ liệu trong không gian, mang lại tốc độ truyền nhanh.

Tải trọng ILLUMA-T của NASA giao tiếp với LCRD thông qua tín hiệu laser. Nguồn hình ảnh: NASA/Dave Ryan

NASA đang trình diễn khả năng liên lạc bằng laser trong nhiều sứ mệnh - thể hiện những ưu điểm của ánh sáng hồng ngoại trong việc truyền hàng terabyte dữ liệu quan trọng trong các sứ mệnh khoa học và khám phá.

Vào tháng 11 năm nay, Trạm vũ trụ quốc tế (ISS) sẽ tiến hành một cuộc trình diễn công nghệ "tuyệt đẹp". Tải trọng ILLUMA-T (Trình diễn Modem và thiết bị đầu cuối khuếch đại và mô-đun chuyển tiếp truyền thông laser tích hợp trình diễn quỹ đạo Trái đất thấp) sẽ được phóng lên Trạm vũ trụ quốc tế để chứng minh các sứ mệnh trên quỹ đạo Trái đất thấp có thể hưởng lợi như thế nào từ liên lạc bằng laser.

Giao tiếp bằng laser sử dụng ánh sáng hồng ngoại vô hình để gửi và nhận thông tin ở tốc độ truyền dữ liệu cao hơn, giúp tàu vũ trụ có khả năng gửi nhiều dữ liệu hơn về Trái đất chỉ trong một lần truyền, đẩy nhanh tốc độ khám phá của các nhà nghiên cứu.

Trọng tải ILLUMA-T của NASA đã đến Đảo Rồng của SpaceX và nhóm đã tích hợp trọng tải vào tàu vũ trụ Dragon để chuẩn bị phóng vào tháng 11. Nguồn ảnh: SpaceX

ILLUMA-T được quản lý bởi chương trình Điều hướng và Truyền thông Không gian (SCaN) của NASA. Thông qua hợp tác với LCRD (Trình diễn chuyển tiếp truyền thông laser) của NASA, chuyển tiếp liên lạc bằng laser hai chiều, từ đầu đến cuối đầu tiên của NASA đã được hoàn thành. Ra mắt vào tháng 12 năm 2021, LCRD hiện đang truyền dữ liệu giữa hai trạm mặt đất trên Trái đất thông qua một loạt thử nghiệm chứng minh lợi ích của liên lạc laser từ quỹ đạo địa không đồng bộ.

Một số thử nghiệm của LCRD bao gồm nghiên cứu tác động của khí quyển lên tín hiệu laser, xác nhận khả năng LCRD hoạt động với nhiều người dùng, kiểm tra các chức năng mạng như mạng có khả năng chịu độ trễ/gián đoạn (DTN) trên các liên kết laser và nghiên cứu khả năng điều hướng được cải thiện. Sau khi

ILLUMA-T được lắp đặt bên ngoài trạm vũ trụ, trọng tải sẽ hoàn thành buổi trình diễn không gian đầu tiên của NASA về khả năng chuyển tiếp laser hai chiều.

Minh họa trình diễn Rơle Truyền thông Laser của NASA giao tiếp với Trạm Vũ trụ Quốc tế thông qua liên kết laser. Nguồn: Trung tâm bay không gian Goddard của NASA

Cách thức hoạt động

ILLUMA-T mô-đun quang học bao gồm một kính thiên văn và một gimbal hai trục có thể trỏ và theo dõi LCRD theo quỹ đạo địa không đồng bộ. Mô-đun quang học có kích thước bằng một lò vi sóng và bản thân tải trọng có kích thước bằng một chiếc tủ lạnh tiêu chuẩn.

NASA ILLUMA-T tải trọng trong phòng sạch Goddard. Tải trọng sẽ được lắp đặt trên Trạm Vũ trụ Quốc tế để chứng minh tốc độ truyền dữ liệu cao hơn cùng với Trình diễn Rơle Truyền thông Laser của NASA. Nguồn: Dennis Henry

ILLUMA-T sẽ chuyển tiếp dữ liệu với tốc độ 1,2Gbps mỗi giây từ trạm vũ trụ đến LCRD, sau đó sẽ gửi dữ liệu xuống các trạm quang mặt đất ở California hoặc Hawaii. Sau khi dữ liệu đến các trạm mặt đất này, nó sẽ được gửi đến Trung tâm Điều hành Sứ mệnh LCRD tại Khu phức hợp White Sands của NASA ở Las Cruces, New Mexico. Dữ liệu sau đó sẽ được gửi đến nhóm điều hành mặt đất ILLUMA-T tại Trung tâm bay không gian Goddard ở Greenbelt, Maryland. Ở đó, các kỹ sư sẽ xác định xem dữ liệu được gửi qua quy trình chuyển tiếp đầu cuối này có chính xác và chất lượng cao hay không.

Nỗ lực hợp tác và tác động

Matt Magsamen, phó giám đốc chương trình ILLUMA-T, cho biết: “Trách nhiệm chính của Trung tâm Goddard của NASA là đảm bảo sự thành công của hoạt động liên lạc bằng laser và tải trọng với LCRD và trạm vũ trụ”. "Khi LCRD tích cực tiến hành các thí nghiệm để kiểm tra và cải tiến hệ thống laser, chúng tôi mong muốn nâng khả năng liên lạc trong không gian lên một tầm cao mới và chứng kiến ​​sự thành công của sự hợp tác giữa hai trọng tải này." Sau khi giai đoạn thử nghiệm với LCRD kết thúc, ILLUMA-T có thể trở thành bộ phận vận hành của trạm vũ trụ và tăng đáng kể lượng truyền dữ liệu giữa NASA và phòng thí nghiệm quay quanh quỹ đạo.

Việc truyền dữ liệu tới các vệ tinh chuyển tiếp không có gì mới đối với trạm vũ trụ. Kể từ khi được xây dựng vào năm 1998, phòng thí nghiệm quay quanh đã dựa vào một chòm sao vệ tinh chuyển tiếp tần số vô tuyến được gọi là Vệ tinh theo dõi và chuyển tiếp dữ liệu của NASA, một phần của Mạng không gian gần của NASA. Bởi vì các vệ tinh chuyển tiếp có thể nhìn thấy cả tàu vũ trụ và ăng-ten trên mặt đất, chúng có thể cung cấp cho sứ mệnh kết nối liên tục với Trái đất.

Lộ trình liên lạc bằng laser của NASA. Nguồn hình ảnh: NASA/Dave Ryan

Giao tiếp bằng laser có thể là yếu tố thay đổi cuộc chơi đối với các nhà nghiên cứu trên Trái đất đang tiến hành các cuộc điều tra khoa học và công nghệ trên trạm vũ trụ. Các phi hành gia tiến hành nghiên cứu trong phòng thí nghiệm quay quanh về khoa học vật lý và sinh học, công nghệ, quan sát trái đất và các lĩnh vực khác vì lợi ích của nhân loại. ILLUMA-T có thể cung cấp tốc độ truyền dữ liệu cao hơn cho các thử nghiệm này và gửi nhiều dữ liệu hơn đến Trái đất cùng một lúc. Trên thực tế, với tốc độ 1,2Gbps, ILLUMA-T có thể truyền lượng dữ liệu tương đương với một bộ phim thông thường trong một phút.

ILLUMA-T/LCRD hệ thống chuyển tiếp liên lạc bằng laser đầu cuối là một bước đi nhỏ của NASA nhưng là một bước tiến khổng lồ về khả năng liên lạc trong không gian. Thông qua các cuộc trình diễn trước đây và trong tương lai, NASA đã chứng minh lợi ích của hệ thống liên lạc bằng laser đối với việc khám phá không gian sâu và gần Trái đất.