ระบบสาธิตการสื่อสารด้วยแสงเลเซอร์โดยดาวเทียมรีเลย์ของ NASA เป็นระบบทดสอบที่จะแสดงถึงขีดความสามารถของการสื่อสารที่ใช้แสง (Optical) หรือ เลเซอร์ (Laser) ดาวเทียมสื่อสารแบบรีเลย์ ที่สามารถส่งข้อมูลขนาดมหาศาลจากอวกาศไปยังนักวิทยาศาสตร์ และนักวิจัยบนโลก
Laser Communications Relay Demonstration (LCRD) จะแสดงถึงขีดความสามารถเฉพาะ ของการสื่อสารด้วยแสงแสง ซึ่งปัจจุบันภารกิจส่วนใหญ่ของNASAจะใช้การสื่อสารผ่านคลื่นวิทยุเพื่อทำการส่งข้อมูลไปยังหรือจากอวกาศยาน โดยคลื่นวิทยุนั้นถูกใช้งานมาตั้งแต่เริ่มต้นของภารกิจสำรวจอวกาศ และนำมาซึ่งการบรรลุภารกิจมากมายได้ที่มีการพิสูจน์มาแล้ว อย่างไรก็ตามเมื่อมีภารกิจเกิดขึ้นและจำเป็นต้องมีการส่งข้อมูลมากขึ้น ความจำเป็นในการเพิ่มขีดความสามารถของการสื่อสารจึงนับเป็นกระบวนการที่สำคัญอย่างยิ่ง
การสื่อสารด้วยแสงเป็นหนึ่งในการเพิ่มขีดความสามารถของการสื่อสาร และให้ประโยชน์อย่างเห็นได้ชัดสำหรับการปฏิบัติภารกิจ ซึ่งได้รวมถึงการเพิ่มขนาดแบนด์วิธ (Bandwidth) เป็นจำนวน 10-100 เท่าเมื่อเทียบกับการสื่อสารผ่านคลื่นวิทยุ นอกจากนี้การสื่อสารด้วยแสงจะลดขนาด น้ำหนัก และกำลังส่งที่จำเป็นของระบบ เพราะฉะนั้นขนาดที่เล็กลง จึงมีที่ว่างเพิ่มให้กับการนำเครื่องมือทางวิทยาศาสตร์อื่น ๆ ขึ้นไปด้วย อีกทั้งน้ำหนักที่น้อยลงนั้น หมายถึงค่าใช้จ่ายที่ถูกลงในการนำส่ง กำลังส่งที่จำเป็นต่อระบบน้อยลงที่หมายถึงการสิ้นเปลืองแบตเตอรี่ของอวกาศยานน้อยลงเช่นกัน ด้วยการสื่อสารด้วยแสงที่ภาคเสริมของการสื่อสารด้วยคลื่นวิทยุ ภารกิจต่าง ๆ จะมีขีดสามารถด้านการสื่อสารที่ไม่มีใครเทียบเคียงได้
Payload ของระบบ LCRD จะถูกติดตั้งไปกับดาวเทียมทดสอบของกลาโหมสหรัฐ หรือ Space Test Program Satellite 6 (STPSat-6) เมื่ออยู่ในวงโคจรแล้ว วิศวกรประจำศูนย์ปฏิบัติภารกิจของ LCRD ณ Las Cruces รัฐ New Mexico จะเริ่มกระบวนการเปิดใช้งานโดยเปิดระบบ Payload และเตรียมความพร้อมสำหรับการส่งข้อมูลด้วยเลเซอร์ย่านอินฟราเรด จนกระทั่งเมื่อมีระบบที่ใช้งานถูกนำส่งไปยังอวกาศระบบแรก LCRD จะทำการทดลองส่งสัญญาณทดสอบระหว่างสถานีภาคพื้นและระบบที่อยู่ในอวกาศ การทดสอบการส่งข้อมูลจะส่งผ่านคลื่นวิทยุจากศูนย์ปฏิบัติการภารกิจ และดาวเทียม LCRD จะทำการตอบกลับด้วยสัญญาณแสง ซึ่งข้อมูลทดสอบจะประกอบด้วยข้อมูลสุขภาพดาวเทียม ข้อมูลการติดตามดาวเทียม ข้อมูล Telemetry และข้อมูลชุดคำสั่ง รวมถึงตัวอย่างข้อมูลผู้ใช้เพื่อให้แน่ใจว่า LCRD ทำงานอย่างถูกต้อง
ภารกิจในอวกาศจะส่งข้อมูลไปยังดาวเทียม LCRD ซึ่งจะส่งข้อมูลไปยังสถานีภาคพื้นดินที่กำหนดไว้บนโลก โดย NASA ได้ใช้ประโยชน์จากดาวเทียมรีเลย์มาตั้งแต่ปี ค.ศ. 1983 เมื่อดาวเทียมติดตามและดาวเทียมรีเลย์ถูกนำส่งไปยังอวกาศครั้งแรก ส่งผลให้การสื่อสารระหว่างดาวเทียมและสถานีภาคพื้นไม่จำเป็นอยู่แนวสายตาตรงไปยังเสาอากาศบนโลก (Line of Sight) ทำให้การสื่อสารมีพื้นที่ครอบคลุมมากขึ้น ดาวเทียม LCRD สามารถสร้างเส้นทางการส่งข้อมูลอย่างต่อเนื่องระหว่างภารกิจในอวกาศไปยังสถานีภาคพื้นดินบนโลกได้ ทำให้เป็นระบบแบบ End-to-end ที่มีความสมบูรณ์ นอกจากนี้ขีดความสามารถของดาวเทียม LCRD ในการส่งและรับข้อมูลระหว่างภารกิจในอวกาศและสถานีภาคพื้นดินเป็นแบบสองทาง (Two-way Communication) ขีดความสามารถเหล่านี้เมื่อมาผนวดรวมกันทำให้ดาวเทียม LCRD เป็นดาวเทียมรีเลย์สื่อสารด้วยแสงชนิด End-to-end แบบการสื่อสารสองทางระบบแรกของ NASA
แต่การสื่อสารด้วยแสงก็มีข้อเสียเปรียบ นั้นก็คือสัญญาณแสงเลเซอร์ไม่สามารถทะลุผ่านพื้นที่ครอบคลุมของเมฆได้ ซึ่งไม่เหมือนกับการสื่อสารด้วยคลื่นวิทยุ เพราะฉะนั้น NASA จะต้องสามารถระบบที่มีความยืดหยุ่นเพียงพอเพื่อหลีกเลี่ยงการรบกวนระบบเนื่องจากสภาพอากาศ โดย LCRD จะทำการส่งข้อมูลที่ได้รับจากภารกิจในอวกาศ ส่งต่อไปยังสถานีภาคพื้นบนโลกจำนวน 2 แห่ง ที่ตั้งอยู่ ณ Table Mountain รัฐ California และ Haleakalā รัฐ Hawaii ซึ่งสาเหตุที่เป็นตำแหน่งของสถานีทั้งสองดังกล่าวงเนื่องจากต้องการลดผลกระทบจากพื้นที่ครอบคลุมเมฆ โดย LCRD จะทำการทดสอบรูปแบบที่แตกต่างของพื้นที่ครอบคลุมของเมฆ รวบรวมข้อมูลต่าง ๆ ที่เกี่ยวข้องกับความยืดหยุ่นของระบบสื่อสารด้วยแสง
ทั้งนี้ LCRD เป็นการสาธิตเทคโนโลยีที่จะปูให้กับภารกิจการสื่อสารด้วยแสงในอนาคต ซึ่งภารกิจในอนาคตที่ตัดสินใจใช้การสื่อสารด้วยแสงอาจใช้ LCRD เป็นดาวเทียมรีเลย์ โดยหนึ่งในผู้ใช้งานครั้งแรกของ LCRD คือ Integrated LCRD Low-Earth Orbit User Modem and Amplifier Terminal (ILLUMA-T) เป็น Payload ที่จะติดตั้งไว้บนสถานีอวกาศนานาชาติ (ISS) ซึ่งจะมี Terminal ไว้รับข้อมูลวิทยาศาสตร์ที่มีความละเอียดสูงจากการทดลองและเครื่องมือต่างๆ บนสถานีอวกาศ จากนั้นจึงถ่ายโอนข้อมูลนี้ไปยัง LCRD ซึ่งจะส่งข้อมูลดังกล่าวไปยังสถานีภาคพื้นดิน หลังจากที่ข้อมูลมาถึงโลกแล้ว ข้อมูลดังกล่าวจะถูกส่งไปยังศูนย์ปฏิบัติการภารกิจและนักวิทยาศาสตร์ต่อไป
เหตุการณ์สำคัญ (Milestones)
– 22 มกราคม 2020 Payload ของ LCRD ถูกส่งไปยังโรงงานของ Northrop Grumman ในเมือง Sterling รัฐ Virginia เพื่อประกอบรวมเข้ากับดาวเทียมทดสอบของกระทรวงกลาโหมสหรัฐ STPSat-6
– 7 กรกฎาคม 2020 Payload LCRD ถูกรวมเข้ากับ STPSat-6 อย่างสมบูรณ์ และอวกาศทั้งหมดเข้าสู่ขั้นตอนการทดสอบด้านสิ่งแวดล้อมขั้นสุดท้าย
ข้อมูลด่วน (Fast Facts)
– LCRD คาดการณ์ว่าจะนำส่งในต้นปี 2021 แต่ต่อมามีการเลื่อนไปเป็น 22 พ.ย.2021 นำส่งจากสถานีกองทัพอากาศ Cape Canaveral ในรัฐ Florida โดยจรวด United Launch Alliance Atlas V 500 Series (อ้างอิงจาก https://spacecoastlaunches.com/launch-list/)
– LCRD จะเป็นดาวเทียมรีเลย์สำหรับระบบ ILLUMA-T จะเป็นระบบการสื่อสารด้วยแสงระบบแรกสำหรับภารกิจมนุษย์ในอวกาศ โดย ILLUMA-T จะส่งข้อมูลไปยัง LCRD ที่อัตรา 1.2 กิกะบิตต่อวินาที (GB/s) ผ่านการสื่อสารด้วยแสง เพื่อให้สามารถส่งข้อมูลการทดลองที่มีความละเอียดสูงส่งมายังโลกได้
– LCRD จะสามารถส่งข้อมูล (Downlink) ที่อัตรา 1.2 กิกะบิตต่อวินาที (Gb/s) ซึ่งเป็นอัตราเร็วเกือบสองเท่าของระบบสาธิตการสื่อสารด้วยเลเซอร์ระหว่างดวงจันทร์ในปี 2013 ซึ่งเชื่อมโยงข้อมูลจากดวงจันทร์ผ่านสัญญาณแสงที่ 622 เมกะบิตต่อวินาที (Mb/s)
– แม้ว่าระบการสื่อสารด้วยแสงจะมีขนาดเล็กลง น้ำหนักที่ลดลง และกำลังส่งที่จำเป็นต่อระบบน้อยลง โดยรวม Payload ของระบบ LCRD มีขนาดเท่ากับที่นอนขนาดมาตรฐานคิงไซส์เท่านั้น
ที่มา https://www.nasa.gov/mission_pages/tdm/lcrd/overview.html
แปลและเรียบเรียงโดย ร.อ.สุทธิพงษ์ โตสงวน
