Как наверняка понять, что отправленная с Земли ракета достигла Луны? В 1916 году один из отцов-основателей современного ракетостроения предложил использовать магниевую смесь, которую применяли фотографы. Она должна была вспыхнуть при соударении ракеты с поверхностью нашего спутника. Роберт Годдард, а это был именно он, провел серию экспериментов и пришел к выводу, что потребуется всего 6,2 килограмма этого материала, дабы свет вспышки можно было отчетливо увидеть с поверхности Земли.
Все это выглядит наивно и примитивно, однако главное здесь в том, что была обозначена требующая решения проблема: передача информации в космосе. Сегодня, по прошествии столетия, эту функцию выполняет свет. Понадобилось немало времени и усилий, чтобы понять, какой его вид подходит для обозначенной роли лучше всего.
Ученые задумались о том, как можно общаться с гипотетическими инопланетянами задолго до того как космические полеты стали внятной, явно просматриваемой перспективой. Они знали, что звук не распространяется в вакууме, поэтому о создании чего-то вроде гигантского мегафона не могло быть и речи. Вместо этого их внимание привлекло электромагнитное излучение, также известное как свет. О том, что оно способно преодолевать космический вакуум, недвусмысленно намекало сияющее в небе Солнце.
При этом то, что мы обычно считаем светом – это очень ограниченный диапазон длин волн внутри электромагнитного спектра. Левее него принято выделять радио- и микроволны, а также инфракрасное излучение. Правее находится ультрафиолет, рентгеновские и гамма-лучи. Все это, в принципе, свет, но мы его не видим.
В тридцатых годах прошлого века человечество для передачи информации использовало в основном радиодиапазон. Прямая видимость здесь была ни к чему, так как волны этого вида отражались от так называемого «слоя Хевисайда» атмосферы. Сегодня он считается частью ионосферы. Как бы то ни было, радиоволны не могли преодолеть этот барьер и не годились для передачи межпланетных посланий.
К счастью, весьма скоро выяснилось, что высокочастотные радиоволны не задерживаются названным слоем. С инопланетянами с их помощью до сих пор наладить контакт не удалось, но связь с людьми на орбите и космическими кораблями, отправленными чуть глубже в Солнечную систему, они обеспечивают весьма успешно. Именно они приносят нам удивительные, очень четкие изображения с телескопа Джеймса Уэбба и осуществляют коммуникацию с межпланетной станцией «Новые горизонты», которая вскоре покинет наш уголок космоса.
Недостатки, причем весьма существенные, есть и у этого «носителя». Быстро передавать информацию с его помощью не получится. Чем значительнее длина волны, а в радиодиапазоне она наибольшая для всего электромагнитного спектра, тем меньше данных отправляется в пересчете на единицу времени. Именно поэтому в 2015 году, когда АМС «Новые горизонты» пролетела мимо Плутона, на передачу собранной у планеты информации ушло более 15 месяцев. Скорость соединения в тот момент составляла всего около килобита в секунду. Понятно, что это общение осуществляется сквозь бездонную бездну, но люди, привыкшие к оптоволокну и спутниковому Интернету, все равно чувствуют огромный дискомфорт, сталкиваясь с этой медлительностью.
Новые горизонты пролетает транснептуновый астероид Аррокот в представлении художника
Скорость – не единственный недостаток радиоволн. Они имеют свойство рассеиваться. Чем дальше находится от Земли космический корабль, тем слабее его сигнал. Радио неплохо послужило человечеству, но если мы собираемся нормально общаться на расстоянии в миллионы и миллиарды километров, системы связи придется серьезно модернизировать. Например, с помощью лазеров. Фантасты видят их преимущественно как грозное оружие огромных космических линкоров и фрегатов, но более приземленные люди, вроде ученых, уже используют их для передачи данных.
Речь идет об оптических лазерах, большая часть которых на самом деле не использует видимый свет. Передача осуществляется в ближнем инфракрасном диапазоне, длина волн которого намного меньше, чем у радио. Это позволяет отправлять и получать гораздо больше данных на единицу времени. Поскольку лазер представляет собой пучок сфокусированного света, сигнал сохраняет свою силу на очень большой дистанции.
Тестирование данной технологии с той или иной периодичностью осуществляется уже более полувека. В 1968 году американская станция «Сервейер-7», сев на Луну, сумела уловить луч лазера, находящегося на Земле, тем самым подтвердив жизнеспособность концепции. В девяностых двусторонняя лазерная связь была опробована на японском спутнике «ETS-VI». А в 2013 году НАСА с помощью лазерного луча переслало изображение Моны Лизы на станцию «Lunar Reconnaissance Orbiter», вращающуюся вокруг Луны.
Испытать технологию на более дальнем расстоянии еще только предстоит. Сделать это планируется в рамках миссии «Психея». Запуск межпланетной станции, которая отправится к одноименному астероиду, находящемуся между Марсом и Юпитером, намечен на октябрь 2023 года. Тем временем, на земной орбите оптические лазеры уже весьма активно работают. Их, в частности, используют спутники «Starlink» для связи друг с другом. В дальнейшем необходимость в быстрой и качественной коммуникации будет только расти. И, скорее всего, лазеры в какой-то момент полностью заменят радиооборудование.
Спасибо за внимание! Если вам понравилась статья, то можете поддержать нас "плюсиком" или подписаться на наш канал. Также хотелось бы упомянуть, что у нас есть свой Телеграм канал. Там мы постоянно публикуем интересные посты о космосе и астрономии.
