ดาวเทียมของจีนในวงโคจรค้างฟ้าส่งข้อมูลผ่านเลเซอร์พลังงานต่ำมากไปยังสถานีภาคพื้นดินทางตะวันตกเฉียงใต้ของประเทศด้วยความเร็วหนึ่งกิกะบิตต่อวินาที การทดสอบที่หอดูดาวลี่เจียง มณฑลยูนนาน แสดงให้เห็นว่าลำแสงเพียง 2 วัตต์สามารถเอาชนะอุปสรรคระยะทาง 36,000 กิโลเมตรและความปั่นป่วนของชั้นบรรยากาศที่รุนแรงได้ ความสำเร็จดังกล่าวปูทางไปสู่การสื่อสารในอวกาศที่ยืดหยุ่นและมีประสิทธิภาพมากขึ้น ซึ่งแตกต่างจากดาวเทียมวงโคจรต่ำเช่น Starlink ที่สามารถทำได้ในปัจจุบัน
บรรยากาศเหนือยอดเขาสูงตระหง่านของยูนนานทำให้ลำแสงเลเซอร์กลายเป็นประกายระยิบระยับ ชีพจรของแสงที่สอดคล้องกันซึ่งเริ่มต้นในวงโคจรนั้นโค้งงอ กระจัดกระจาย และกระจัดกระจายตามเวลาจริงเมื่อมันผ่านชั้นอากาศที่มีอุณหภูมิและความหนาแน่นต่างกัน ความบิดเบี้ยวเปลี่ยนไปทุกๆ สองสามมิลลิวินาที เมื่อแสงอันจาง ๆ ไร้รูปร่างได้สัมผัสพื้นของหอดูดาวในที่สุด มันก็ได้แผ่ออกไปหลายร้อยเมตรแล้ว แม้จะมีการเสื่อมสภาพอย่างรุนแรง แต่เครื่องรับก็ตรวจพบกระแสข้อมูลที่ฝังอยู่ในซากปรักหักพัง
กลยุทธ์แบบคู่เอาชนะอุปสรรคด้านบรรยากาศ
ทีมงานที่นำโดย Wu Jian จาก Beijing University of Post and Telecommunications และ Liu Chao จาก Chinese Academy of Sciences ได้รวมเอาเทคนิคทางวิศวกรรมสองประการเข้าด้วยกัน ซึ่งเพียงอย่างเดียวไม่เคยมีความเร็วระดับกิกะบิตต่อวินาทีด้วยเครื่องส่งสัญญาณที่อ่อนแอเช่นนี้ เลนส์แบบปรับได้ใช้กระจกที่เปลี่ยนรูปได้ซึ่งมีกระจกขนาดเล็ก 357 ชิ้นที่เคลื่อนที่แบบเรียลไทม์เพื่อแก้ไขความผิดเพี้ยนของบรรยากาศในทันที การรับสัญญาณความหลากหลายของโหมดยอมรับความเสียหายและค้นหาชิ้นส่วนที่เหลือของสัญญาณที่ถูกขัดจังหวะ ไม่มีวิธีใดที่จะเอาชนะอุปสรรคได้ พวกเขาร่วมกันเปลี่ยนสิ่งที่เป็นไปไม่ได้ให้กลายเป็นความจริงที่วัดผลได้
ลำแสงตกกระทบไปถึงระดับออพติคแบบปรับตัวได้ในตอนแรก ซึ่งช่วยลดความผิดเพี้ยนได้มากพอสำหรับระยะถัดไป จากนั้นแสงก็เข้าสู่เครื่องแปลงไฟแบบหลายระนาบซึ่งแบ่งสัญญาณออกเป็นแปดช่องสัญญาณแยกกัน โปรเซสเซอร์ดิจิทัลประเมินทั้งแปดตัวและเลือกเฉพาะตัวที่แข็งแกร่งที่สุดสามตัวเท่านั้น โดยละทิ้งตัวที่มีเสียงดังที่สุดห้าตัวไป การรวมกันนี้มีความแตกต่าง:
- การใช้สัญญาณก่อนระบบรวม: 72%
- ใช้หลังบูรณาการเทคนิค : 91.1%
- อัตราข้อมูลที่ได้รับ: 1 กิกะบิตต่อวินาที
- กำลังส่ง: 2 วัตต์
- ระยะทาง: 36,000 กิโลเมตร
ข้อได้เปรียบเชิงกลยุทธ์ของวงโคจรค้างฟ้าคงที่
ดาวเทียมวงโคจรโลกต่ำเช่น Starlink โคจรสูงสองสามร้อยกิโลเมตรและสื่อสารกับสถานีปลายทางผ่านความถี่วิทยุ ดาวเทียมจีนที่อยู่ในวงโคจรค้างฟ้าอยู่ไกลออกไป 60 เท่า และเผชิญกับความท้าทายที่ซับซ้อนมากขึ้นแบบทวีคูณ ลำแสงจะอ่อนลงอย่างมากตามระยะห่างเพียงอย่างเดียว อย่างไรก็ตาม ดาวเทียมค้างฟ้าไม่สามารถข้ามขอบฟ้าได้อย่างรวดเร็ว มันบินวนอย่างมั่นคงบนท้องฟ้า โดยรักษาการเชื่อมโยงอย่างต่อเนื่องกับสถานีภาคพื้นดินแห่งเดียวอย่างไม่มีกำหนด
สำหรับแอปพลิเคชันที่ไม่ทนต่อการเปลี่ยนแปลงหรือการหยุดชะงัก ความคงทนนี้จะคุ้มค่ากับระยะทางที่พิจารณา เครือข่ายตอบสนองภัยพิบัติ ช่องทางทางทหารที่ปลอดภัย และการถ่ายทอดข้อมูลปริมาณมากที่ต้องทำงานโดยไม่หยุดชะงักขึ้นอยู่กับความเสถียรนี้ ความยาวคลื่นเลเซอร์นำพาข้อมูลได้มากกว่าความถี่วิทยุ และดักจับหรือรบกวนได้ยากกว่า การทดสอบในลี่เจียงแสดงให้เห็นว่าสถาปัตยกรรมเครื่องรับที่ใช้งานได้จริงสามารถเชื่อมช่องว่างได้โดยไม่ต้องใช้เครื่องส่งที่ทรงพลังจนไม่สามารถทำได้ในวงโคจร
นวัตกรรมที่ถ่ายทอดสู่ผู้รับบนโลก
นวัตกรรมการทดสอบไม่ใช่เครื่องส่งสัญญาณขนาด 2 วัตต์ทั่วไป สองวัตต์ไม่มีความหมายอะไรในอวกาศ จุดเปลี่ยนคือความสามารถของเครื่องรับในการกู้คืนสัญญาณที่ได้รับความเสียหายจากบรรยากาศไปแล้ว การค้นพบนี้กลับพลิกเรื่องราวตามปกติเกี่ยวกับการสื่อสารในอวกาศ ซึ่งมุ่งเน้นไปที่สิ่งที่จะเปิดตัว ทีมงานชาวจีนได้ถ่ายทอดการทำงานหนักไปยังเครื่องรับภาคพื้นดินที่มีความซับซ้อน
โรงงานลี่เจียงไม่ใช่สินค้าอุปโภคบริโภค กล้องโทรทรรศน์ขนาด 1.8 เมตร กระจกที่เปลี่ยนรูปได้ เครื่องแปลงแสงแบบหลายระนาบ และตัวประมวลผลแบบเรียลไทม์ ถือเป็นศูนย์วิจัย โครงสร้างพื้นฐานนี้มีบทบาทสำคัญ: สถานีภาคพื้นดินความจุสูงจำนวนไม่มากที่ส่งข้อมูลดาวเทียมไปยังเครือข่ายใยแก้วนำแสงภาคพื้นดิน การทดสอบเป็นการสาธิตแบบแยกส่วนภายใต้เงื่อนไขเฉพาะ แต่ตัวเลขที่ปล่อยออกมาเป็นการวัดจริง ไม่ใช่การจำลอง ข้อมูลเหล่านี้เป็นข้อมูลที่แยกออกมา ไม่ใช่การรับประกันการบริการในอนาคต
ตามรายงานของ South China Morning Post ความเร็วนี้ทำให้ภาพยนตร์ความละเอียดสูงเดินทางจากเซี่ยงไฮ้ไปยังลอสแองเจลิสได้ภายในเวลาไม่ถึงห้าวินาที ความสำเร็จดังกล่าวถือเป็นก้าวสำคัญในการแข่งขันเพื่อการสื่อสารอวกาศที่รวดเร็วและยืดหยุ่นมากขึ้น เปิดมุมมองสำหรับการใช้งานด้านความมั่นคงของชาติ และการส่งข้อมูลขนาดใหญ่ที่ต้องการความซ้ำซ้อนและความน่าเชื่อถือขั้นสูงสุดโดยไม่หยุดชะงัก