CubeSats Mencapai Tautan Data Lebih Cepat dengan Teknologi Laser, Mengurangi Kebutuhan Sumber Daya Papan
Sistem pemunculan laser baru dapat membantu CubeSats downlink data dengan laju yang jauh lebih tinggi menggunakan sumber daya papan yang lebih sedikit.
Sistem ini terdiri dari cermin kecil yang dapat diarahkan yang memandu laser ke penerima di tanah.
Selama dua dekade terakhir, lebih dari 2.000 CubeSats — satelit mini yang terdiri dari kelipatan kubus 10*10*10 sentimeter — telah dan direncanakan untuk diluncurkan ke angkasa. Satu CubeSats biasanya lebih ringan dari 1,33 kilogram, dan menggunakan instrumen off-the-shelf komersial untuk elektronik dan strukturnya.
CubeSats mengurangi biaya penerapan, meminimalkan risiko terhadap sisa kendaraan peluncur dan beban, dan seringkali cocok untuk diluncurkan dalam kelipatan. Mereka telah merevolusi teknologi satelit karena mereka lebih terjangkau untuk dikembangkan dan diluncurkan dibandingkan pesawat angkasa berat konvensional.
Namun, selama beberapa tahun terakhir, satelit mini ini telah kesulitan untuk mentransfer volume data besar secara efisien ke Bumi. Ukuran dan keterbatasan daya adalah dua alasan utama di balik masalah ini.
Seiring dengan komponen yang lebih intensif data dan kompleks yang diintegrasikan ke dalam satelit mini, misalnya, citra hiperspektral dan radiometer multiband, permintaan downlink dapat meningkat dengan cepat hingga titik di mana hampir tidak mungkin untuk menggunakan komunikasi radiofrekuensi konvensional.
Saat ini, satelit menggunakan gelombang radio untuk mentransfer data ke stasiun tanah. Hampir semua satelit utama di ruang angkasa telah ditetapkan pita radio frekuensi tinggi untuk dengan cepat mengirim volume data besar ke anten tanah besar. Mereka dapat menampung peralatan yang lebih besar yang diperlukan untuk mendukung transmisi data dengan laju tinggi.
CubeSats, di sisi lain, relatif kecil dalam ukuran dan memiliki akses yang terbatas ke pita radio frekuensi tinggi. Juga, satelit ini tidak dapat menampung pengemudi yang mengonsumsi daya yang cocok untuk downlink data dengan laju tinggi.
Solusi: Sistem Pemunculan Laser
Sekarang, peneliti di MIT telah menciptakan sistem pemunculan laser — hampir berukuran kubus Rubik — untuk satelit mini ini yang memungkinkan mereka untuk downlink data dengan laju yang jauh lebih tinggi menggunakan sumber daya papan yang lebih sedikit.
Ini akan memungkinkan CubeSats yang melewati stasiun tanah untuk mentransfer terabyte data dengan setiap penerbangan. Jika sistem pemunculan laser ini diterapkan pada beberapa CubeSats di orbit, mereka dapat memberikan cakupan global dan real-time.
Referensi: Optical Engineering | doi:10.1117/1.OE.58.4.041605 | MIT
Meskipun laser dapat membawa banyak lebih banyak data, sistem komunikasi berbasis laser menampilkan tantangan yang luar biasa. Karena sinar laser sangat sempit, mereka perlu diarahkan dengan tepat ke penerima di tanah, yang tidak sesederhana yang terdengar.
Platform pemunculan laser baru ini akan meminimalkan waktu dan energi yang diperlukan untuk downlink, sambil mencapai laju transmisi yang lebih tinggi. Ini terdiri dari cermin mikro-elektro-mekanik (MEMS) kecil yang dapat diarahkan yang menghadap sinar laser dan diatur dengan cara yang memungkinkan laser pantulan dari cermin ke angkasa dan menuju anten di tanah.
Sin Tambahan
Cermin-cermin ini memiliki beberapa keuntungan — misalnya, posisi cermin dapat dikoreksi bahkan jika seluruh satelit sedikit tidak teratur — tetapi mereka tidak memberikan umpan balik tentang di mana mereka mengarahkan sinar laser.
Platform Pemunculan Laser Baru | Kredit: MIT
Untuk menangani jenis situasi seperti ini, peneliti menyertakan panjang gelombang laser tambahan ke dalam sistem mereka. Ini secara otomatis menyesuaikan posisi cermin untuk mengarahkan laser ke penerima di tanah.
Sistem pemunculan laser menambahkan sin kalibrasi dengan panjang gelombang yang berbeda (warna) ke sin data. Sekarang ada dua sin yang pantulan dari cermin: sin kedua melewati elemen optik yang disebut pemisah sin dikromatis, yang menyingkirkan sin kalibrasi (pada panjang gelombang tertentu, yaitu warna tambahan) dari sin data.
Sementara laser bergerak menuju anten di tanah, sin yang diasingkan diarahkan kembali ke kamera di papan. Kamera juga menerima sin yang datang dari anten tanah.
Baca: Serat Optik Tercepat Baru Mentransmisikan 1 Petabit/Detik
Sistem kemudian mencocokkan kedua sin ini dan jika keduanya mendarat di tempat yang sama pada sensor kamera, cermin MEMS di papan sudah rata dengan sempurna. Jika tidak, algoritma khusus digunakan untuk memiringkan cermin ke posisi yang benar.
