Особенности построения оптикомеханического тракта дуплексной космической оптической линии связи

Меснянкин Е.П., Потапов С.Л., Потапова Н.И.

Ссылка для цитирования:

Меснянкин Е.П., Потапов С.Л., Потапова Н.И. Особенности построения оптико-механического тракта дуплексной космической оптической линии связи // Оптический журнал. 2024. Т. 91. № 9. С. 5–17. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2024-91-09-5-17

Mesnjankin E.P., Potapov S.L., Potapova N.I. Design features of optical-mechanical path of a duplex space optical communication line [in Russian] // Opticheskii Zhurnal. 2024. V. 91. № 9. P. 5–17. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2024-91-09-5-17

Ссылка на англоязычную версию:

Аннотация:

Предмет исследования. Схемы построения оптико-механического тракта дуплексной лазерной космической связи (с общим приемо-передающим каналом и с раздельными каналами приема и передачи). Цель работы. Разработка оптико-механического тракта для создания космической оптической линии связи при использовании промышленно выпускаемых источников и приемников излучения, применяемых в волоконно-оптических линиях связи, с учетом особенностей распространения лазерного излучения в космическом пространстве при больших дистанциях, на которых устанавливается связь, и скоростях передаваемой информации до 11 Гбит/с. Метод. Численное моделирование основных узлов оптико-механического тракта, в том числе, формирования гауссовых пучков и определения энергетических характеристик информационного излучения в приемном канале, формирования излучения сигнала лазера-маяка для точного наведения на терминал и удержания направления при осуществлении связи. Основные результаты. Предложена конструкция оптико-механического тракта для космической лазерной линии связи с системой наведения и сопровождения абонента, использующая в качестве передающих и приемных устройств трансиверы и волоконные усилители, разработанные для волоконно-оптических линий связи. Проведенные оценки точности наведения и сопровождения показывают возможность осуществлении сеанса связи. Совокупность предложенных решений позволяет осуществлять лазерную связь на расстоянии до 40 000 км для передачи и приема информации со скоростью до 11 Гбит/с. Практическая значимость. Технические решения, предложенные в работе, позволяют проектировать космические терминалы для дуплексной лазерной связи с улучшенными массогабаритными и функциональными характеристиками. Результаты проведенного исследования развивают и дополняют существующие методы создания средств космической связи, что определяет их практическую значимость.

Ключевые слова:

космическая лазерная связь, космические оптические линии связи, лазерное излучение, волоконно-оптическая линия связи, оптико-механический тракт, дуплексная связь

Коды OCIS: 070.0070, 120.0120, 140.0140, 200.0200, 230.0230, 250.0250

Список источников:

1. Казанцев С.Г. Лазерные технологии для телекоммуникационной платформы малого космического аппарата // Вопросы электромеханики. Труды ВНИИЭМ. 2018. Т. 163. № 2. С. 29–47.
Kazantsev S.G. Laser technologies for telecommunication platform of small spacecraft [in Russian] // Problems of Electromechanics. Proc. VNIIEM. 2018. V. 163. № 2. P. 29–47.
2. Tolker-Nielsen T., Guillen J-C. The first European optical communication terminal in orbit // ESA Bulletin. 1998. № 96. P. 1–3.
3. Keizo N., Yamamoto A. Preliminary design of laser utilizing communications equipment (LUCE) installed on optical inter-orbit communications engineering test satellite (OICETS) // Photonics. 1995. V. 2381. P. 14–26. https://doi.org/10.1117/12.207415
4. Carrizo C., Knapek M., Horwath J., et al. Optical inter-satellite link terminals for next generation satellite constellations // Proc. Soc. Photo-Optical Instrumentation Engineers (SPIE). 2020. V. 11272. Art. id. 1127203. P. 1–11. https://doi.org/10.1117/12.2545629
5. Широбакин С.Е., Крюкова И.В., Чуковский Н.Н. и др. Новая концепция построения бортовой аппаратуры межспутниковых оптических линий связи // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Приборостроение. 2008. № 2. С. 122–127.
Shirobakin S.Ye., Kriukova I.V., Chukovskii N.N., et al. A new concept for the construction of on-board equipment for inter-satellite optical communication lines [in Russian] // Herald of Bauman MSTU. Instrument Engineering Ser. 2008. № 2. P. 122–127.
6. Гавриленко С.В., Феоктистов Н.Н., Хегай Д.К. Особенности современного этапа развития оптических линий межспутниковой связи // Военно-космическая академия им. А.Ф. Можайского, СанктПетербург. Изв. вузов. Приборостроение. 2008. Т. 51. № 3. С. 54–60.
Gavrilenko S.V., Feoktistov N.N., Khegai D.K. Features of the current stage of development of optical inter-satellite communication lines [in Russian] // Mozhaisky Military Space Academy, St. Petersburg. Proc. IHEs. Instrument Engineering. 2008. V. 51. № 3. P. 54–60.
7. Никулин В.И., Яковлев С.В. Разработка и исследование каналов системы космической лазерной связи // XLIII акад. чтения по космонавтике. 2019. Тез. докл. Т. 2. С. 115–116.
Nikulin V.I., Yakovlev S.V. Design and study of channels of space laser communication systems [in Russian] // XLIII Academic Readings on Cosmonautics. 2019. Abstract of the Conf. Report. V. 2. P. 115–116.
8. Крюкова И.В., Чуковский Н.Н. Проблемы создания аппаратуры для межспутниковых и атмосферных оптических линий связи // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Приборостроение. 2007. № 1. С. 9–23.
Kriukova I.V., Chukovskii N.N. Challenges in development of hardware for inter-satellite and atmospheric optical communication lines [in Russian] // Herald of Bauman MSTU. Instrument Engineering Ser. 2007. № 1. P. 9–23.
9. Горбуленко Е.А., Меснянкин Е.П., Потапов C.Л. и др. Разработка оптико-механического тракта для дуплексной лазерной космической связи // Сб. научн. статей. XII Междунар. научно-техн. и научно-методическая конф. Актуальные проблемы инфотелекоммуникаций в науке и образовании (АПИНО 2023) в 4 т. / Под. ред. Макаренко С.И. СПб.: СПбГУТ, 2023. Т. 1. С. 349–354.
Gorbulenko Ye.A., Mesnjankin E.P., Potapov S.L., et al. Design of optical-mechanical path for duplex laser space communication [in Russian] // Collection of Research Papers. XII Intern. Scientific and Technical and Scientific and Methodical Conf. Current Problems of Infotelecommunications in Science and Education (APINO 2023) in 4 vs. // Ed. Makarenko S.I. / St.
Petersburg: St. Petersburg State University of Telecommunications, 2023. V. 1. P. 349–354.
10. Sanmukh Kaur, Vishakha Tyagi, Anurupa Lubana. Оптимизация производительности межспутниковой оптической беспроводной системы с использованием линейно поляризованных мод [in English] // Оптический журнал. 2021. Т. 88. № 10. С. 39–49. https:// doi.org/10.17586/1023-5086-2021-88-10-39-49
Sanmukh Kaur, Vishakha Tyagi, Anurupa Lubana. Performance optimization of inter-satellite optical wireless system using linearly polarized modes // J. Opt. Technol. 2021. V. 88. № 10. P. 579–586. https:// doi.org/10.1364/JOT.88.000579
11. Страхов С.Ю., Трилис А.В., Сотникова Н.В. Особенности передающих телескопов для систем лазерной связи // Оптический журнал. 2021. Т. 88. № 5. С. 52–59. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2021-88-05-52-59
Strakhov S.Yu., Trilis A.V., Sotnikova N.V. Specifics of transmitting telescopes for laser communication systems // J. Opt. Technol. 2021. V. 88. № 5. P. 264–269. https://doi.org/10.1364/JOT.88.000264
12. Карцан И.Н. Концепция развития межспутниковой лазерной связи // Сибирский аэрокосмический журнал. 2023. Т. 24. № 2. С. 247–259. https://doi.org/10.31772/2712-8970-2023-24-2-247-259
Kartsan I.N. Development concept of inter-satellite laser communication [in Russian] // Sibirian Aerospace J. 2023. V. 24. № 2. P. 247–259. https://doi.org/10.31772/2712-8970-2023-24-2-247-259
13. Boroson D.M., Bondurant R.S., Scozzafava J.J. Overview of high rate deep space laser communications options // Proc. SPIE. 2004. V. 5338. https://doi.org/10.1117/12.543010
14. Khatri F.I., Boroson D.M., Murphy D.V., et al. Link analysis of Mars–Earth optical communications system // Proc. SPIE. 2004. V. 5338. https://doi.org/10.1117/12.543009
15. Boroson D.M., Bondurant R.S., Murphy D.V. LDORA: A novel laser communications receiver array architecture // Proc. SPIE. 2004. V. 5338. https://doi.org/10.1117/12.543012
16. Boroson D.M., Scozzafava J.J., Murphy D.V., et al. The lunar laser communications demonstration (LLCD) // 3rd IEEE Intern. Conf. Space Mission Challenges for Inform. Technol. 2009. https://doi.org/10.1109/SMC-IT.2009.57
17. Robinson B.S., Boroson D.M., Burianek D.A., et al. The lunar laser communications demonstration // Intern. Conf. Space Optical Systems and Applications. May 2011. https://doi.org/10.1109/ICSOS.2011.5783709
18. Оптический трансивер LS48-A3L-TC-N [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://componentltd.ru/catalog/sfp-moduli/opticheskiy-transiver-ls48-a3l-tc-n/ (дата обращения: 15.02.2023).
Optical transceiver LS48-A3L-TC-N [Electronic resource]. Access mode: https://componentltd.ru/catalog/sfp-moduli/opticheskiy-transiver-ls48-a3l-tc-n/(accessed 15.02.2023).
19. Убайдуллаев Р.Р. Протяженные ВОЛС на основе EDFA // LIGHTWAVE Russian Edition. 2003. № 1. С. 22–28.
Ubaidullaev R.R. EDFA-based extended FOCL [in Russian] // LIGHTWAVE Russian Edition. 2003. № 1. P. 22–28.