Satelit Miniatur Dapat Menggunakan Laser Alih-alih Gelombang Radio Untuk Mengirim Data Tingkat Tinggi
- Sistem penunjuk laser baru dapat membantu CubeSats downlink data dengan kecepatan yang jauh lebih tinggi menggunakan lebih sedikit sumber daya onboard.
- Sistem ini terdiri dari cermin kecil yang dapat diarahkan yang mengarahkan laser ke penerima berbasis darat.
Selama dua dekade terakhir, lebih dari 2.000 CubeSats — satelit mini yang terdiri dari kelipatan unit 10*10*10 sentimeter hasta — telah dan direncanakan untuk diluncurkan ke luar angkasa. CubeSat tunggal biasanya lebih ringan dari 1,33 kilogram, dan menggunakan instrumen komersial untuk elektronik dan strukturnya.
CubeSats mengurangi biaya penerapan, meminimalkan risiko pada kendaraan peluncuran dan muatan lainnya, dan sering kali cocok untuk diluncurkan dalam jumlah banyak. Mereka telah merevolusi teknologi satelit karena lebih terjangkau untuk dikembangkan dan diluncurkan daripada pesawat luar angkasa berat konvensional.
Namun, selama beberapa tahun terakhir, satelit mini ini telah berjuang untuk mentransfer data dalam jumlah besar secara efisien ke Bumi. Ukuran dan batasan daya mereka adalah dua alasan utama di balik masalah ini.
Karena komponen yang lebih intensif data dan kompleks dimasukkan ke dalam satelit mini, misalnya, pencitra hiperspektral dan radiometer multiband, permintaan downlink dapat dengan cepat meningkat hingga hampir tidak mungkin menggunakan komunikasi frekuensi radio konvensional.
Saat ini, satelit menggunakan gelombang radio untuk mengirimkan data ke stasiun bumi. Hampir semua satelit utama di luar angkasa telah diberi pita radio frekuensi tinggi untuk secara cepat mengirim data dalam jumlah besar ke antena darat yang besar. Mereka dapat mengakomodasi peralatan yang lebih besar yang diperlukan untuk mendukung transmisi data berkecepatan tinggi.
CubeSats, di sisi lain, berukuran relatif kecil dan mereka memiliki akses terbatas ke pita radio frekuensi tinggi. Selain itu, satelit ini tidak dapat mengakomodasi pemancar yang memakan daya yang cocok untuk downlink data tingkat tinggi.
Solusinya:Sistem Penunjuk Laser
Sekarang, para peneliti di MIT telah merancang sistem penunjuk laser — hampir seukuran kubus Rubik — untuk satelit mini yang memungkinkan mereka untuk menurunkan tautan data dengan kecepatan yang jauh lebih tinggi menggunakan lebih sedikit sumber daya di dalamnya.
Ini akan memungkinkan CubeSat melewati stasiun bumi untuk mengirimkan terabyte data dengan setiap flyby. Jika sistem penunjuk laser ini digunakan untuk beberapa CubeSats di orbit, mereka dapat memberikan cakupan global dan waktu nyata.
Referensi: Teknik Optik | doi:10.1117/1.OE.58.4.041605 | MIT
Meskipun laser dapat membawa lebih banyak data, sistem komunikasi berbasis laser menghadirkan tantangan yang luar biasa. Karena sinar laser sangat sempit, mereka harus diarahkan dengan tepat ke penerima berbasis darat, yang tidak semudah suara.
Platform penunjuk laser baru akan meminimalkan waktu dan energi yang dibutuhkan untuk downlink, sekaligus mencapai tingkat transmisi yang lebih tinggi. Ini terdiri dari cermin kecil, sistem mikro-elektro-mekanis (MEMS) yang menghadap sinar laser dan disejajarkan sedemikian rupa sehingga laser dapat memantul dari cermin ke luar angkasa dan menuju antena berbasis darat.
Sebuah Sinar Tambahan
Cermin ini memiliki beberapa keunggulan — misalnya, posisi cermin dapat dikoreksi meskipun seluruh satelit sedikit tidak sejajar — tetapi tidak memberikan umpan balik tentang ke mana arah sinar laser.
Platform Penunjuk Laser Baru | Kredit:MIT
Untuk menghadapi situasi semacam itu, para peneliti memasukkan panjang gelombang laser tambahan ke dalam sistem mereka. Ini secara otomatis menyesuaikan posisi cermin untuk mengarahkan laser ke penerima berbasis darat.
Sistem penunjuk laser menambahkan sinar kalibrasi dengan panjang gelombang (warna) yang berbeda ke berkas data. Sekarang ada dua sinar yang dipantulkan dari cermin:yang kedua melewati elemen optik yang disebut dichroic beam splitter, yang membelokkan sinar kalibrasi (pada panjang gelombang tertentu, yaitu warna tambahan) menjauh dari berkas data.
Saat laser bergerak menuju antena berbasis darat, sinar yang dibelokkan diarahkan kembali ke kamera onboard. Kamera juga menerima pancaran yang datang dari antena bumi.
Baca:Serat Optik Tercepat Baru Mentransmisikan 1 Petabit/Detik
Sistem kemudian mencocokkan kedua sinar ini dan jika keduanya mendarat di tempat yang sama pada sensor kamera, cermin MEMS onboard akan disejajarkan dengan sempurna. Jika tidak, algoritme khusus digunakan untuk memiringkan cermin ke posisi yang benar.
