अंतरिक्ष में लेजर संचार

अंतरिक्ष में लेजर संचार बाहरी अंतरिक्ष में मुक्त-अंतरिक्ष दृक् संचार का उपयोग है। संचार पूरी तरह से अंतरिक्ष में (एक अंतर-उपग्रह लेजर संयोजन) या जमीन से उपग्रह या उपग्रह से जमीन पर अनुप्रयोग में हो सकता है। रेडियो पर लेजर संचार का उपयोग करने का मुख्य लाभ बैंड विस्तार (कंप्यूटिंग) में वृद्धि है, जिससे कम समय में अधिक डेटा स्थानांतरित करना संभव हो जाता है। बाहरी अंतरिक्ष में, मुक्त-अंतरिक्ष दृक् संचार की संचार सीमा वर्तमान में यह सैकड़ों-हजारों किलोमीटर के क्रम का है। पृथ्वी और चंद्रमा के बीच लेजर-आधारित दृक् संचार का प्रदर्शन किया गया है और इसमें किरणपुंज विस्तारक के रूप में दृक् दूरबीन का उपयोग करके लाखों किलोमीटर की अंतरग्रहीय दूरी को पाटने की क्षमता है।

1990 से पहले
20 जनवरी 1968 को, सर्वेक्षक 7 चंद्र वाहनाल के टेलीविज़न कैमरे ने एरिज़ोना में किट पीक राष्ट्रीय वेधशाला और राइटवुड, कैलिफ़ोर्निया में टेबल माउंटेन वेधशाला से दो आयन लेजर का सफलतापूर्वक पता लगाया।

1991-2000
1992 में, गैलीलियो (अंतरिक्ष यान) जांच पृथ्वी से लेजर प्रकाश का एक-तरफ़ा पता लगाने में सफल सिद्ध हुई क्योंकि 6000000 km से बहिर्गामी जांच द्वारा दो ज़मीन-आधारित लेजर देखे गए थे ।

अंतरिक्ष से पहला सफल लेजर-संचार सम्पर्क जापान द्वारा 1995 में जैक्सा के ईटीएस-VI जीईओ उपग्रह और के बीच किया गया था। 1.5 m राष्ट्रीय सूचना एवं संचार प्रौद्योगिकी संस्थान (एनआईसीटी)` टोक्यो में दृक् भू केंद्र ने 1 न्यास दर यूनिट|एमबीटी/एस प्राप्त किया।

2001-2010
नवंबर 2001 में, यूरोपीय अंतरिक्ष एजेंसी (ईएसए) उपग्रह आर्टेमिस (उपग्रह) द्वारा अंतरिक्ष में दुनिया का पहला लेजर अंतरा उपग्रह कड़ी प्राप्त किया गया था, जो सीएनईएस पृथ्वी अवलोकन उपग्रह एसपीओटी (उपग्रह) के साथ एक दृक् डेटा संचरण कड़ी प्रदान करता था। LEO-GEO संयोजन की 40,000 किमी (25,000 मील) दूरी पर 50 एमबीपीएस प्राप्त करता है। 2005 से, आर्टेमिस जापानी दृक् अंतर उपग्रह संचार इंजीनियरिंग परीक्षण उपग्रह, किरारी से दो-तरफा दृक् संकेत प्रसारण कर रहा है।

मई 2005 में, दूत अंतरिक्ष यान पर बुध (ग्रह) लेज़र तुंगतामापी उपकरण द्वारा संचार के लिए दो-तरफा दूरी का कीर्तिमान स्थापित किया गया था। यह डायोड-पंप अवरक्त नियोडिमियम लेजर, जिसे बुध कक्षा अभियान के लिए लेजर तुंगतामापी के रूप में अभिकल्पित किया गया था, जैसे ही यान उड़ते-उड़ते पृथ्वी के करीब पहुंचा 24000000 km की दूरी पर संचार करने में सक्षम था।

2006 में, जापान ने जैक्सा के ओआईसीईटीएस एलईओ उपग्रह और एनआईसीटी के दृक् भू केंद्र से पहला एलईओ-टू-ग्राउंड लेजर-संचार अधोयोजन किया।

2008 में, ईएसए ने 1.8 Gbit/s एलईओ-जीईओ संयोजन की दूरी 40000 km संचारित करने के लिए अभिकल्पित की गई लेजर संचार तकनीक का उपयोग किया। जर्मन रडार उपग्रह टेरासार एक्स और अमेरिकन निकट क्षेत्र अवरक्त प्रयोग (एनफायर) उपग्रह का उपयोग करके कक्षा में सत्यापन के उपरान्त इस तरह के अवसानक का सफलतापूर्वक परीक्षण किया गया था। दो लेजर संचार अवसानक (एलसीटी) इन परीक्षणों के दौरान उपयोग किए गए उपकरण जर्मन कंपनी टेसैट-स्पेसकॉम द्वारा जर्मन अंतरिक्ष प्रौद्योगिकी केंद्र (डीएलआर) के सहयोग से बनाए गए थे।

2011-2020
जनवरी 2013 में, नासा ने मोना लीसा की एक छवि को 390000 km दूर चंद्र टोही कक्षणयान (एलआरओ) में भेजने के लिए लेजर का उपयोग किया। वायुमंडलीय हस्तक्षेप की भरपाई के लिए, सघन चक्रिका में उपयोग किए जाने वाले समान त्रुटि सुधार कोड कलन विधि लागू किया गया था। सितंबर 2013 में, नासा एलएडीई (चंद्र वायुमंडल और धूल पर्यावरण अन्वेषक) अभियान के साथ प्रक्षेपित किए गए चार विज्ञान उपकरणों में से एक लेजर संचार प्रणाली थी। चंद्रमा पर एक महीने के लंबे पारगमन और 40-दिवसीय अंतरिक्ष यान छोड़ने के बाद, लेजर संचार प्रयोग 2013 के अंत और 2014 के प्रारम्भ में तीन महीनों में किए गए थे। एलएडीई पर चंद्र लेजर संचार प्रदर्शन (LLCD) उपकरण से लौटाए गए प्रारम्भिक डेटा ने अक्टूबर 2013 में एक दिक् बैंड विस्तार (संकेत संसाधन) कीर्तिमान बनाया, जब डेटा संचारित करने के लिए स्पंदित लेजर का उपयोग करके प्रारम्भिक परीक्षण किए गए। 385000 km चंद्रमा और पृथ्वी के बीच 622 मेगाबिट प्रति सेकंड (एमबीपीएस) की कीर्तिमान-तोड़ अधोयोजन दर पर डेटा पारित हुआ, और पृथ्वी के भू केंद्र से चंद्र कक्षा में एलएडीई तक 20 Mbit/s की त्रुटि रहित डेटा ऊर्ध्वयोजन दर का भी प्रदर्शन किया। एलएलसीडी रेडियो तरंग के स्थान पर लेज़र का उपयोग करके दो-तरफा अंतरिक्ष संचार में नासा का पहला प्रयास है, और उम्मीद है कि भविष्य के वर्षों में नासा उपग्रहों पर परिचालन लेजर प्रणाली का नेतृत्व किया जाएगा।

नवंबर 2013 में, जेट प्लेटफॉर्म पनाविया बवंडर से लेजर संचार का पहली बार सफलतापूर्वक प्रदर्शन किया गया था। जर्मन कंपनी माइनारिक (पूर्व में वायालाइट कम्युनिकेशंस) के एक लेजर अवसानक का उपयोग 60 किमी की दूरी पर 1 Gbit/s की दर से और 800 किमी/घंटा की उड़ान गति पर डेटा संचारित करने के लिए किया गया था। इस परिदृश्य में अतिरिक्त चुनौतियाँ तीव्र उड़ान युद्धाभ्यास, शक्तिशाली कंपन और वायुमंडलीय अशांति के प्रभाव थे। प्रदर्शन को ईएडीएस जर्मनी द्वारा वित्तपोषित किया गया था और जर्मन अंतरिक्ष प्रौद्योगिकी केंद्र के सहयोग से प्रदर्शन किया गया था।

नवंबर 2014 में, यूरोपीय डेटा प्रसारण प्रणाली (ईडीआरएस) के हिस्से के रूप में गीगाबिट लेजर-आधारित संचार का पहला उपयोग किया गया था। आगे की प्रणाली और परिचालन सेवा प्रदर्शन 2014 में किए गए थे। एलईओ में ईयू प्रहरी-1ए उपग्रह से डेटा जीईओ में ईएसए-इनमारसैट अल्फासैट के लिए एक दृक् संयोजन के माध्यम से प्रेषित किया गया था और फिर एक पारंपरिक केए-बैंड अधोयोजन का उपयोग करके एक भू केंद्र पर प्रसारण किया गया था। नया प्रणाली 7.2 Gbit/s तक की गति प्रदान कर सकता है। अल्फासैट पर लेजर अवसानक को टीडीपी-1 कहा जाता है और अभी भी नियमित रूप से परीक्षणों के लिए इसका उपयोग किया जाता है। उत्पादक उपयोग के लिए पहला ईडीआरएस अवसानक (ईडीआरएस-ए) यूटेलसैट ईबी9बी अंतरिक्ष यान पर अंतरिक्ष उपकरण के रूप में प्रक्षेपित किया गया है और दिसंबर 2016 में सक्रिय हो गया है। यह नियमित रूप से प्रहरी 1ए/बी और प्रहरी 2ए/बी अंतरिक्ष यान से जमीन पर उच्च मात्रा में डेटा डाउनलोड करता है। अब तक (अप्रैल 2019) 20000 से अधिक संयोजन (11पीबीआईटी) निष्पादित किए जा चुके हैं।

दिसंबर 2014 में, नासा के लेजरकॉम विज्ञान के लिए दृक् अंतरिक्ष उपकरण (ओपीएएलएस) ने 400 मेगाबिट प्रति सेकंड की गति से डाउनलोड करके अंतरिक्ष-से-जमीन लेजर संचार में एक सफलता की घोषणा की। मेघावरण के कारण संकेत खो जाने के बाद प्रणाली फिर से अनुवर्तन प्राप्त करने में भी सक्षम है। अंतरिक्ष से पृथ्वी पर डेटा संचारित करने के लिए लेजर का उपयोग करने की क्षमता का परीक्षण करने के लिए ओपीएएलएस प्रयोग 18 अप्रैल 2014 को अंतर्राष्ट्रीय अंतरिक्ष स्टेशन (आईएसएस) में प्रक्षेपित किया गया था। जापानी लघु उपग्रह (सुकरात (उपग्रह)) का उपयोग करके पहला एलईओ-टू-ग्राउंड लेजरकॉम प्रदर्शन 2014 में एनआईसीटी द्वारा किया गया था और अंतरिक्ष से पहला परिमाण-सीमित प्रयोग 2016 में उसी उपग्रह का उपयोग करके किया गया था।

फरवरी 2016 में, एक्स (कंपनी) ने दो उच्च-ऊंचाई वाले गुब्बारों के बीच 100 km लून एलएलसी के भाग के रूप में एक स्थिर लेजर संचार संपर्क प्राप्त करने की घोषणा की। संपर्क कई घंटों तक, दिन और रात के दौरान स्थिर रहा और 155 Mbit/s की डेटा दर तक पहुंच गया।

जून 2018 में, फेसबुक की अनुयोजकता प्रयोगशाला (अक्विला से संबंधित) ने मायनारिक के सहयोग से एक द्विदिश 10 Gbit/s हवा से ज़मीन तक संपर्क प्राप्त करने की सूचना दी थी। परीक्षण एक पारंपरिक सेसना विमान से ऑप्टिकल ग्राउंड स्टेशन से 9 किमी (5.6 मील) की दूरी पर किए गए थे। जबकि परीक्षण परिदृश्य में समतापमंडलीय लक्ष्य प्लेटफ़ॉर्म की तुलना में ख़राब प्लेटफ़ॉर्म कंपन, वायुमंडलीय अशांति और कोणीय वेग वर्णन थे, ऊर्ध्वयोजन ने त्रुटिहीन रूप से काम किया और हर समय 100% साद्यांत प्राप्त किया। गैर-आदर्श सॉफ़्टवेयर मापदण्ड के कारण अधोयोजन साद्यांत कभी-कभी लगभग 96% तक गिर जाता था, जिसके बारे में कहा जाता था कि इसे आसानी से ठीक किया जा सकता है।

अप्रैल 2020 में, जैक्सा और सोनी कंप्यूटर विज्ञान प्रयोगशाला द्वारा बनाए गए इंटरनेशनल दिक् प्रेक्षणस्थल (सॉलिस) के लिए छोटे दृक् संयोजन ने आईएसएस और जापान के राष्ट्रीय सूचना और संचार प्रौद्योगिकी संस्थान के एक दूरबीन के बीच द्विदिश संचार स्थापित किया।

29 नवंबर 2020 में, जापान ने उच्च गति लेजर संचार तकनीक के साथ अन्तर-उपग्रह दृक् डेटा प्रसारण भूस्थैतिक कक्षा उपग्रह प्रक्षेपित किया, जिसका नाम लुकास (लेजर यूटिलाइजिंग कम्युनिकेशन प्रणाली) है।

2021-वर्तमान
जून 2021 में, अमेरिकी अंतरिक्ष विकास एजेंसी ने स्पेसएक्स बाज़ 9 ट्रांसपोर्टर-2 राइडशेयर अभियान पर सूर्य-तुल्यकालिक कक्षा में दो 12U क्यूबसैट प्रक्षेपित किए। अभियान में उपग्रहों और दूर से नियंत्रित एमक्यू-9 रीपर के बीच लेजर संचार संयोजन प्रदर्शित करने की आशा है।

7 दिसंबर, 2021 को नासा के लेजर संचार प्रसारण प्रदर्शन (एलसीआरडी) को भूतुल्यकाली कक्षा और पृथ्वी की सतह के बीच संचार करने के लिए यूएसएएफ अंतरिक्ष परीक्षण कार्यक्रम एसटीपी-3 के हिस्से के रूप में प्रक्षेपित किया गया।

मई 2022 में, टेराबाइट अवरक्त वितरण (टीबीआईआरडी) को (पीटीडी-3 पर) प्रक्षेपित किया गया और कैलिफोर्निया की 300 मील कक्षा से 100 जीबीपीएस कॉम का परीक्षण किया गया।

भविष्य के अभियान
गहरे अंतरिक्ष में लेजर संचार का परीक्षण साइकी (अंतरिक्ष यान) अभियान पर मुख्य-बेल्ट क्षुद्रग्रह 16 साइकी पर किया जाएगा, जिसे 2022 में प्रक्षेपित करने की योजना है। इस प्रणाली को डीप दिक् दृक् कम्युनिकेशंस (डीएसओसी) कहा जाता है। और पारंपरिक तरीकों की तुलना में अंतरिक्ष यान संचार प्रदर्शन और दक्षता में 10 से 100 गुना वृद्धि होने की उम्मीद है।

जापान का राष्ट्रीय सूचना और संचार प्रौद्योगिकी संस्थान (एनआईसीटी) 2022 में बोर्ड पर एचआईसीएएलआई (उन्नत लेजर उपकरण के साथ उच्च गति संचार) लेजरकॉम अवसानक का उपयोग करके भू-तुल्यकालिक कक्षा और जमीन के बीच 10 जीबीआईटी/एस पर सबसे तीव्र द्विदिशात्मक लेजरकॉम संयोजन प्रदर्शित करेगा। ईटीएस-9 (इंजीनियरिंग टेस्ट उपग्रह IX) उपग्रह, साथ ही एक साल बाद एलईओ में क्यूबसैट और जीईओ में हिकैली के बीच समान उच्च गति पर पहला इंटरसैटेलाइट संयोजन है।

लूनानेट एक नासा परियोजना और प्रस्तावित डेटा संजाल है जिसका लक्ष्य सीस-लूनर अंतरिक्ष यान और प्रतिष्ठानों के लिए "लूनर इंटरनेट" प्रदान करना है। प्रणाली के विनिर्देश में पृथ्वी और चंद्रमा के बीच संयोजन के साथ-साथ चंद्र उपग्रहों और चंद्र सतह के बीच संयोजन के लिए दृक् संचार सम्मिलित है।

व्यावसायिक उपयोग
स्पेसएक्स, फेसबुक और गूगल जैसे निगम और न्यूस्पेस की एक श्रृंखला वर्तमान में लेजर संचार प्रौद्योगिकी पर आधारित विभिन्न अवधारणाओं पर काम कर रही है। उच्च-प्रदर्शन दृक् पृष्ठास्थि संजाल बनाने के लिए उपग्रहों या उच्च-ऊंचाई वाले अलिंद के अंतःसंबंध में सबसे आशाजनक व्यावसायिक अनुप्रयोग पाए जा सकते हैं। अन्य अनुप्रयोगों में उपग्रह, विमान या मानव रहित हवाई वाहन (यूएवी) से बड़ी मात्रा में डेटा को सीधे जमीन पर प्रसारित करना सम्मिलित है।

संचालक
कई कंपनियां और सरकारी संगठन वैश्विक उच्च गति इंटरनेट पहुंच प्रदान करने के लिए कम पृथ्वी कक्षा में उपग्रह तारामंडल के लिए अंतरिक्ष में लेजर संचार का उपयोग करना चाहते हैं। विमान और समतापमंडलीय अलिंद के संजाल के लिए समान अवधारणाएं अपनाई जाती हैं।


 * Legend:{{legend|#f9f9f9|Active}}{{legend|#f0f0d0|Under development}}{{legend|#e0e0e0|Terminated}}

आपूर्तिकर्ता
जब ये परियोजनाएं पूरी तरह से साकार हो जाएंगी तो लेजर संचार उपकरणों के लिए एक बड़ा बाजार स्थापित हो सकता है। उपकरण आपूर्तिकर्ताओं द्वारा की गई नई प्रगति लागत को कम करते हुए लेजर संचार को सक्षम कर रही है। किरणपुंज मॉडुलन को इसके सॉफ़्टवेयर और छल्ले के रूप में परिष्कृत किया जा रहा है। शीतलन समस्याओं का समाधान कर लिया गया है और फोटॉन पहचान तकनीक में सुधार हो रहा है। वर्तमान में बाज़ार में सक्रिय उल्लेखनीय कंपनियों में सम्मिलित हैं:

सुरक्षित संचार
लेजर एन-रेखाछिद्र व्यतिकरणमापी का उपयोग करके सुरक्षित संचार प्रस्तावित किया गया है जहां लेजर संकेत एक व्यतिकरणमितिक प्रतिरुप का रूप लेता है, और संकेत को रोकने का कोई भी प्रयास व्यतिकरणमितिक प्रतिरुप के पतन का कारण बनता है। यह तकनीक अप्रभेद्य फोटॉन की आबादी का उपयोग करती है और व्यावहारिक हित की प्रसार दूरी पर काम करने के लिए प्रदर्शित किया गया है और, सिद्धांत रूप में, इसे अंतरिक्ष में बड़ी दूरी पर लागू किया जा सकता है।

उपलब्ध लेजर तकनीक को मानते हुए, और व्यतिकरणमितिक संकेतों के विचलन पर विचार करते हुए, उपग्रह-से-उपग्रह संचार की सीमा लगभग 2000 km अनुमानित की गई है। ये अनुमान पृथ्वी की परिक्रमा करने वाले उपग्रहों की एक श्रृंखला पर लागू होते हैं। अंतरिक्ष वाहनों या अंतरिक्ष प्रेक्षणस्थल के लिए, संचार की सीमा 10000 km तक बढ़ने का अनुमान है। अंतरिक्ष-से-अंतरिक्ष संचार को सुरक्षित करने के इस दृष्टिकोण को लेजर फोकस वर्ल्ड द्वारा 2015 के शीर्ष फोटोनिक्स विकासों में से एक के रूप में चुना गया था।

यह भी देखें

 * , अक्टूबर/नवंबर 2013 में परीक्षण किया गया
 * उपग्रह नक्षत्र
 * स्टारलिंक#v1.5 (ऑपरेशनल)
 * (ओपल्स)
 * स्टारलिंक#v1.5 (ऑपरेशनल)
 * (ओपल्स)
 * (ओपल्स)


 * टीबीआईआरडी, टेराबाइट इंफ्रारेड डिलीवरी - 2022 में परीक्षण किया गया।

अग्रिम पठन

 * David G. Aviv (2006): Laser Space Communications, ARTECH HOUSE ISBN 1-59693-028-4