นาซ่าทำลายสถิติในการสื่อสารในอวกาศ ด้วยการส่งข้อมูลจำนวนมหาศาลไปยังดวงจันทร์ ผ่านแสงเลเซอร์ที่ยิงไปในพริบตา

LLCD_contact card__final_art

          นับแต่อดีตมาการสื่อสารกับยานอวกาศต่างๆ ใช้คลื่นวิทยุเป็นหลัก ซึ่งใช้ทั้งการพูดคุยกับภาคพื้นโลก รวมทั้งการส่งข้อมูลภาพถ่ายต่างๆ จากกล้องในยานกลับมายังโลก

          ยิ่งยานอวกาศอยูไกลจากโลกไปเท่าไหร่ ก็ยิ่งต้องใช้พลังงานในการส่งสัญญาณมากยิ่งขึ้น เพื่อให้ได้สัญญาณที่คมชัดเพียงพอจานรับสัญญาณดาวเทียมที่ภาคพื้นโลกจึงต้องมีขนาดใหญ่ตามไปด้วย จานรับสัญญาณของยาน Votager 1 ซึ่งเป็นยานอวกาศที่อยู่ห่างจากโลกที่สุดตอนนี้ ต้องใช้จานดาวเทียมเส้นผ่านศูนย์กลาง 70 เมตร เพื่อสื่อสารกับยาน

          การจะสำรวจอวกาศในระยะทางที่ห่างไกลจากโลกออกไป จำเป็นจะต้องมีระบบสื่อสารที่มีประสิทธิภาพกว่านี้ นักวิทยาศาสตร์นาซ่าจึงได้พยายามสร้างระบบสื่อสารที่ดียิ่งขึ้น โดยใช้ลำแสงเลเซอร์ที่มีความเข้มสูงเป็นสื่อกลางในการส่งผ่านข้อมูลไปยังตัวรับในอวกาศ

          โครงการทดสอบการสื่อสารด้วยเลเซอร์นี้ได้เป็นภารกิจหนึ่งในการสำรวจดวงจันทร์ของยาน Lunar Atmosphere and Dust Environment Explorer (LADEE) ซึ่งถูกส่งไปสำรวจชั้นบรรยากาศของดวงจันทร์ตั้งแต่เดือนกันยายนที่ผ่านมา โดยในยาน LADEE ได้ติดตั้งอุปกรณ์ต้นแบบสำหรับสื่อสารด้วยลำแสงเลเซอร์ Lunar Laser Communication Demonstration (LLCD)  ทำหน้าที่เป็นตัวรับ-ส่ง สัญญาณในอวกาศ

LADEE_Poster_01  734187main_LLCDInstalled

ส่วนตัวรับ-ส่งสัญญาณภาคพื้นดิน Lunar Lasercomm Ground Terminal (LLGT) มีทั้งหมด 3 สถานี ตั้งอยู่ที่ แคลิฟอร์เนีย นิวเม็กซิโก และสเปน

         จากการทดสอบยิงเลเซอร์ส่งข้อมูลไปยัง LADEE สามารถดาวน์โหลดข้อมูลได้มากถึง 622 เมกะบิต/วินาที และอัพโหลดได้ 75 เมกะบิต/วินาที หากเทียบกับอินเตอร์เน็ตความเร็วสูงตามบ้านโดยทั่วไปซึ่งอยู่ที่ประมาณ 10-20 เมกะบิต/วินาที หรืออินเตอร์เน็ต 3G ซึ่งความเร็วอยู่ที่ประมาณ 1.7-3.4 เมกะบิต/วินาที

         ถือว่าการส่งข้อมูลด้วยเลเซอร์เร็วกว่าอย่างมากมายมหาศาล ด้วยความเร็วขนาดนี้ ยานสำรวจจากนอกระบบสุริยะ สามารถส่งภาพ3 มิติ หรือวิดีโอ ที่ความละเอียดสูงกลับมายังโลกได้อย่างสบาย แถมยังไม่จำเป็นต้องใช้จานดาวเทียมขนาดมหึมาเป็นตัวรับสัญญาณอีกด้วย

nasa_ladee_llcd

         อย่างไรก็ตามแม้การสื่อสารด้วยแสงเลเซอร์จะมีความเร็วสูงมากแต่ก็ยังมีข้อจำกัดที่จะต้องพัฒนาต่อไปกว่าจะนำมาใช้จริงได้ เช่น การส่งข้อมูลด้วยเลเซอร์ต้องใช้ความแม่นยำระดับสุดยอด ลองนึกภาพการยิงเม็ดทรายให้ลอดรูเข็มที่อยู่ห่างออกไปสักร้อยกิโลเมตรดูว่าต้องใช้ความแม่นยำขนาดไหน

         การยิงลำแสงเลเซอร์เส้นบางเฉียบที่มีความเข้มสูงให้ตกถูกตำแหน่งตัวรับพอดี จากอวกาศที่อยู่ห่าง ออกไปเป็นล้านกิโลเมตร ต้องอาศัยความแม่นยำกว่านั้นมาก
หากคลาดเคลื่อนไปเพียงเล็กน้อยหมายถึงอัตราการส่งข้อมูลต่ำลงอย่างมาก และอาจทำให้ข้อมูลจำนวนมหาศาลสูญหาย

         นอกจากนี้จากการทดสอบยังพบอีกว่าการส่งข้อมูลไปยังตัวรับขณะที่ดวงจันทร์อยู่ใกล้ขอบฟ้ามีอัตราเร็วต่ำกว่าการส่งข้อมูลขณะที่ดวงจันทร์อยู่ตำแหน่งเหนือหัวมาก ซึ่งแสดงให้เห็นว่าชั้นบรรยากาศของโลกมีผลต่อการส่งข้อมูล อาจรบกวนลำแสงเลเซอร์ทำให้ส่งข้อมูลได้ช้าลง ความแม่นยำในการส่งและรับเลเซอร์ และ การหลีกเลี่ยงการรบกวนของช้นบรรยากาศโลกจึงเป็นโจทย์ที่สำคัญและท้าทายอย่างยิ่งในการพัฒนาวิธีสื่อสารด้วยเลเซอร์ต่อไป

 

อ้างอิง
http://www.wired.com/wiredscience/2013/10/nasa-internet-laser/

http://esc.gsfc.nasa.gov/267/271.html

http://www.universetoday.com/105254/