अंतरिक्ष में लेजर संचार

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

1990 से पहले
20 जनवरी 1968 को, सर्वेक्षक 7 चंद्र लैंडर 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 साबित हुई क्योंकि दो ज़मीन-आधारित लेजर देखे गए थे 6000000 km आउट-बाउंड जांच द्वारा। अंतरिक्ष से पहला सफल लेजर-संचार लिंक जापान द्वारा 1995 में JAXA के ETS-VI GEO उपग्रह और के बीच किया गया था। 1.5 m राष्ट्रीय सूचना एवं संचार प्रौद्योगिकी संस्थान (एनआईसीटी)`टोक्यो में ऑप्टिकल ग्राउंड स्टेशन ने 1 डेटा-रेट यूनिट|एमबीटी/एस प्राप्त किया।

2001-2010
नवंबर 2001 में, यूरोपीय अंतरिक्ष एजेंसी (ईएसए) उपग्रह आर्टेमिस (उपग्रह) द्वारा अंतरिक्ष में दुनिया का पहला लेजर इंटरसैटेलाइट लिंक हासिल किया गया था, जो सीएनईएस पृथ्वी अवलोकन उपग्रह एसपीओटी (उपग्रह) के साथ एक ऑप्टिकल डेटा ट्रांसमिशन लिंक प्रदान करता था। 50 डेटा-दर इकाइयों को प्राप्त करना 40000 km, LEO-GEO लिंक की दूरी। 2005 से, ARTEMIS जापानी ऑप्टिकल इंटरसैटेलाइट कम्युनिकेशंस इंजीनियरिंग टेस्ट सैटेलाइट, KIRARI से दो-तरफा ऑप्टिकल सिग्नल रिले कर रहा है। मई 2005 में, दूत अंतरिक्ष यान पर बुध (ग्रह) लेज़र अल्टीमीटर  उपकरण द्वारा संचार के लिए दो-तरफा दूरी का रिकॉर्ड स्थापित किया गया था। यह डायोड-पंप इन्फ्रारेड नियोडिमियम लेजर, जिसे बुध कक्षा मिशन के लिए लेजर अल्टीमीटर के रूप में डिजाइन किया गया था, की दूरी पर संचार करने में सक्षम था। 24000000 km, जैसे ही यान उड़ते-उड़ते पृथ्वी के करीब पहुंचा। 2006 में, जापान ने JAXA के OICETS LEO उपग्रह और NICT के ऑप्टिकल ग्राउंड स्टेशन से पहला LEO-टू-ग्राउंड लेजर-संचार डाउनलिंक किया। 2008 में, ESA ने 1.8 Gbit/s संचारित करने के लिए डिज़ाइन की गई लेजर संचार तकनीक का उपयोग किया 40000 km, LEO-GEO लिंक की दूरी। जर्मन रडार उपग्रह TerraSAR एक्स  और अमेरिकन  नियर फील्ड इन्फ्रारेड प्रयोग  (एनफायर) उपग्रह का उपयोग करके कक्षा में सत्यापन के दौरान इस तरह के टर्मिनल का सफलतापूर्वक परीक्षण किया गया था। दो लेजर संचार टर्मिनल (एलसीटी) इन परीक्षणों के दौरान उपयोग किए गए उपकरण जर्मन कंपनी टेसैट-स्पेसकॉम द्वारा बनाए गए थे, जर्मन एयरोस्पेस सेंटर (डीएलआर) के सहयोग से।

2011-2020
जनवरी 2013 में, नासा ने मोना लीसा  की एक छवि को चंद्र टोही ऑर्बिटर (एलआरओ) में भेजने के लिए लेजर का उपयोग किया। 390000 km दूर। वायुमंडलीय हस्तक्षेप की भरपाई के लिए, कॉम्पैक्ट डिस्क में उपयोग किए जाने वाले समान त्रुटि सुधार कोड एल्गोरिदम लागू किया गया था। सितंबर 2013 में, NASA LADEE (लूनर एटमॉस्फियर एंड डस्ट एनवायरनमेंट एक्सप्लोरर) मिशन के साथ लॉन्च किए गए चार विज्ञान उपकरणों में से एक लेजर संचार प्रणाली थी। चंद्रमा पर एक महीने के लंबे पारगमन और 40-दिवसीय अंतरिक्ष यान चेकआउट के बाद, लेजर संचार प्रयोग 2013 के अंत और 2014 की शुरुआत में तीन महीनों में किए गए थे। LADEE पर चंद्र लेजर संचार प्रदर्शन (LLCD) उपकरण से लौटाए गए शुरुआती डेटा ने अक्टूबर 2013 में एक स्पेस बैंडविड्थ (सिग्नल प्रोसेसिंग) रिकॉर्ड बनाया, जब डेटा संचारित करने के लिए स्पंदित लेजर का उपयोग करके शुरुआती परीक्षण किए गए। 385000 km चंद्रमा और पृथ्वी के बीच 622 मेगाबिट प्रति सेकंड (एमबीपीएस) की रिकॉर्ड-तोड़ डाउनलिंक दर पर डेटा पारित हुआ, और पृथ्वी के ग्राउंड स्टेशन से चंद्र कक्षा में LADEE तक 20 Mbit/s की त्रुटि रहित डेटा अपलिंक दर का भी प्रदर्शन किया। एलएलसीडी रेडियो तरंगों के बजाय 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 सिस्टम 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 ViaLight कम्युनिकेशंस) के एक लेजर टर्मिनल 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 तेज़ उड़ान युद्धाभ्यास, मजबूत कंपन और वायुमंडलीय अशांति के प्रभाव थे। प्रदर्शन को ईएडीएस जर्मनी द्वारा वित्तपोषित किया गया था और जर्मन एयरोस्पेस सेंटर के सहयोग से प्रदर्शन किया गया था। नवंबर 2014 में, यूरोपीय डेटा रिले 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। LEO में EU प्रहरी-1ए उपग्रह से डेटा GEO में ESA-इनमारसैट अल्फासैट के लिए एक ऑप्टिकल लिंक के माध्यम से प्रेषित किया गया था और फिर एक पारंपरिक Ka बैंड|Ka का उपयोग करके एक ग्राउंड स्टेशन पर रिले किया गया था। -बैंड डाउनलिंक. नया सिस्टम 7.2 Gbit/s तक की गति प्रदान कर सकता है। अल्फासैट पर लेजर टर्मिनल 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 टर्मिनल (ईडीआरएस-ए) यूटेलसैट ईबी9बी अंतरिक्ष यान पर पेलोड के रूप में लॉन्च किया गया है और दिसंबर 2016 में सक्रिय हो गया है। यह नियमित रूप से सेंटिनल 1ए/बी और सेंटिनल 2ए/बी अंतरिक्ष यान से जमीन पर उच्च मात्रा में डेटा डाउनलोड करता है। अब तक (अप्रैल 2019) 20000 से अधिक लिंक (11 वह पूछेगा ) निष्पादित किए जा चुके हैं। दिसंबर 2014 में, नासा के लेजरकॉम विज्ञान के लिए ऑप्टिकल पेलोड (ओपीएएलएस) ने 400 मेगाबिट प्रति सेकंड की गति से डाउनलोड करके अंतरिक्ष-से-जमीन लेजर संचार में एक सफलता की घोषणा की। क्लाउड कवर के कारण सिग्नल खो जाने के बाद सिस्टम फिर से ट्रैकिंग हासिल 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 लॉन्च किया गया था। जापानी लघु उपग्रह (सुकरात (उपग्रह)) का उपयोग करके पहला LEO-टू-ग्राउंड लेजरकॉम प्रदर्शन 2014 में NICT द्वारा किया गया था। और अंतरिक्ष से पहला क्वांटम-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 एक स्थिर लेजर संचार कनेक्शन हासिल करने की घोषणा की। 100 km लून एलएलसी के भाग के रूप में। कनेक्शन 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 कनेक्टिविटी लैब (अक्विला से संबंधित) ने मायनारिक के सहयोग से एक द्विदिश 10 Gbit/s एयर-टू-ग्राउंड कनेक्शन हासिल करने की सूचना दी थी। परीक्षण पारंपरिक सेसना विमान से किए गए 9 km ऑप्टिकल ग्राउंड स्टेशन से दूरी। जबकि परीक्षण परिदृश्य में समतापमंडलीय लक्ष्य प्लेटफ़ॉर्म की तुलना में ख़राब प्लेटफ़ॉर्म कंपन, वायुमंडलीय अशांति और कोणीय वेग प्रोफाइल थे, अपलिंक ने त्रुटिहीन रूप से काम किया और हर समय 100% थ्रूपुट हासिल किया। गैर-आदर्श सॉफ़्टवेयर पैरामीटर के कारण डाउनलिंक थ्रूपुट 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, JAXA और Sony कंप्यूटर साइंस लेबोरेटरीज द्वारा बनाए गए इंटरनेशनल स्पेस स्टेशन (SOLISS) के लिए छोटे ऑप्टिकल लिंक ने ISS और जापान के राष्ट्रीय सूचना और संचार प्रौद्योगिकी संस्थान के एक टेलीस्कोप के बीच द्विदिश संचार स्थापित किया। 29 नवंबर 2020 में, जापान ने हाई स्पीड लेजर संचार तकनीक के साथ इंटर-सैटेलाइट ऑप्टिकल डेटा रिले भूस्थैतिक कक्षा  उपग्रह लॉन्च किया, जिसका नाम LUCAS (लेजर यूटिलाइजिंग कम्युनिकेशन सिस्टम) है।

2021-वर्तमान
जून 2021 में, अमेरिकी अंतरिक्ष विकास एजेंसी ने स्पेसएक्स बाज़ 9 ट्रांसपोर्टर-2 राइडशेयर मिशन पर सूर्य-तुल्यकालिक कक्षा में दो 12U क्यूबसैट लॉन्च किए। मिशन में उपग्रहों और दूर से नियंत्रित एमक्यू-9 रीपर के बीच लेजर संचार लिंक प्रदर्शित करने की उम्मीद है। 7 दिसंबर, 2021 को नासा के लेजर संचार रिले प्रदर्शन (LCRD) को भूतुल्यकाली कक्षा और पृथ्वी की सतह के बीच संचार करने के लिए USAF अंतरिक्ष परीक्षण कार्यक्रम |STP-3 के हिस्से के रूप में लॉन्च किया गया।

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

भविष्य के मिशन
गहरे अंतरिक्ष में लेजर संचार का परीक्षण साइकी (अंतरिक्ष यान) मिशन पर मुख्य-बेल्ट क्षुद्रग्रह 16 साइकी पर किया जाएगा, जिसे 2022 में लॉन्च करने की योजना है। इस प्रणाली को डीप स्पेस ऑप्टिकल 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 टर्मिनल का उपयोग करके भू-तुल्यकालिक कक्षा और जमीन के बीच 10 Gbit/s पर सबसे तेज़ द्विदिशात्मक लेजरकॉम लिंक प्रदर्शित करेगा। ETS-9 (इंजीनियरिंग टेस्ट सैटेलाइट IX) उपग्रह, साथ ही एक साल बाद LEO में क्यूबसैट और GEO में HICALI के बीच समान उच्च गति पर पहला इंटरसैटेलाइट लिंक। लूनानेट एक नासा परियोजना और प्रस्तावित डेटा नेटवर्क है जिसका लक्ष्य सीस-लूनर_स्पेस|सीस-लूनर अंतरिक्ष यान और प्रतिष्ठानों के लिए "लूनर इंटरनेट" प्रदान करना है। सिस्टम के विनिर्देश में पृथ्वी और चंद्रमा के बीच लिंक के साथ-साथ चंद्र उपग्रहों और चंद्र सतह के बीच लिंक के लिए ऑप्टिकल संचार शामिल 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। सबसे आशाजनक व्यावसायिक अनुप्रयोग उपग्रहों या उच्च-ऊंचाई प्लेटफ़ॉर्म स्टेशन के इंटरकनेक्शन में पाए जा सकते हैं। उच्च-प्रदर्शन ऑप्टिकल बैकबोन नेटवर्क नेटवर्क बनाने के लिए उच्च-ऊंचाई प्लेटफ़ॉर्म। अन्य अनुप्रयोगों में उपग्रह, विमान या मानव रहित हवाई वाहन (यूएवी) से बड़ी मात्रा में डेटा को सीधे जमीन पर प्रसारित करना शामिल 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 प्लेटफार्मों के नेटवर्क 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। बीम मॉड्यूलेशन को इसके सॉफ़्टवेयर और गिम्बल्स 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 शामिल हैं:

सुरक्षित संचार
लेजर एन-स्लिट इंटरफेरोमीटर का उपयोग करके सुरक्षित संचार प्रस्तावित किया गया है जहां लेजर सिग्नल एक इंटरफेरोमेट्रिक पैटर्न का रूप लेता है, और सिग्नल को रोकने का कोई भी प्रयास इंटरफेरोमेट्रिक पैटर्न 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 इंटरफेरोमेट्रिक संकेतों के विचलन पर विचार करते हुए, उपग्रह-से-उपग्रह संचार की सीमा लगभग अनुमानित की गई है 2000 km. ये अनुमान पृथ्वी की परिक्रमा करने वाले उपग्रहों की एक श्रृंखला पर लागू होते हैं। अंतरिक्ष वाहनों या अंतरिक्ष स्टेशनों के लिए, संचार की सीमा तक बढ़ने का अनुमान है 10000 km. 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