Sinyal Senyap: Teknologi Terobosan yang Mendukung Data Luar Angkasa Lebih Cepat

Dalam eksplorasi ruang angkasa, sambungan optik jarak jauh kini memungkinkan transmisi gambar, video, dan data dari pesawat luar angkasa ke Bumi menggunakan cahaya.

Namun, agar sinyal-sinyal ini dapat menempuh seluruh jarak tanpa gangguan, penerima yang sangat sensitif dan amplifier yang bebas noise sangat penting. Peneliti di Universitas Teknologi Chalmers di Swedia kini telah mengembangkan sistem yang dilengkapi penguat senyap dan penerima ultra-sensitif, membuka kemungkinan komunikasi ruang angkasa yang lebih cepat dan andal.

Sistem komunikasi luar angkasa semakin mengandalkan sinar laser optik dibandingkan gelombang radio tradisional, karena kehilangan sinyal pada jarak yang jauh lebih sedikit. Namun, bahkan sinyal berbasis cahaya pun melemah saat bergerak, yang berarti bahwa sistem optik memerlukan penerima yang sangat sensitif untuk mendeteksi sinyal lemah ini pada saat sinyal tersebut mencapai Bumi. Para peneliti di Chalmers telah mengembangkan pendekatan inovatif terhadap komunikasi optik ruang angkasa yang dapat membuka peluang—dan penemuan baru—di luar angkasa.

“Kami dapat mendemonstrasikan sistem baru untuk komunikasi optik dengan penerima yang lebih sensitif dibandingkan yang telah ditunjukkan sebelumnya pada kecepatan data yang tinggi,” jelas Peter Andrekson, Profesor Fotonik di Chalmers dan salah satu penulis utama studi tersebut, yang baru-baru ini diterbitkan di Optik. Artinya, Anda bisa mendapatkan transfer informasi yang lebih cepat dan bebas kesalahan dalam jarak yang sangat jauh, misalnya saat Anda ingin mengirim gambar atau video resolusi tinggi dari Bulan atau Mars ke Bumi.”

Amplifier Bebas Kebisingan Meningkatkan Kejernihan Sinyal

Sistem komunikasi para peneliti menggunakan penguat optik pada penerima yang memperkuat sinyal dengan kebisingan sesedikit mungkin sehingga informasinya dapat didaur ulang. Sama seperti cahaya senter, cahaya dari pemancar melebar dan melemah seiring bertambahnya jarak. Tanpa amplifikasi, sinyal setelah penerbangan luar angkasa akan sangat lemah sehingga tenggelam oleh gangguan elektronik penerima. Setelah dua puluh tahun berjuang melawan kebisingan yang mengganggu yang mengganggu sinyal, tim peneliti di Chalmers mampu mendemonstrasikan penguat optik bebas kebisingan beberapa tahun yang lalu. Namun hingga saat ini, penguat senyap belum dapat digunakan secara praktis dalam jalur komunikasi optik, karena telah memberikan tuntutan yang benar-benar baru, jauh lebih kompleks, pada pemancar dan penerima.

Karena sumber daya yang terbatas dan ruang yang terbatas pada wahana antariksa, pemancar harus dibuat sesederhana mungkin. Dengan mengizinkan penerima di Bumi menghasilkan dua dari tiga frekuensi cahaya yang diperlukan untuk amplifikasi bebas kebisingan, dan pada saat yang sama memungkinkan pemancar menghasilkan hanya satu frekuensi, para peneliti Chalmers mampu menerapkan penguat bebas kebisingan dalam optik. sistem komunikasi untuk pertama kalinya. Hasilnya menunjukkan sensitivitas yang luar biasa, sementara kompleksitas pada pemancarnya sederhana.

Amplifikasi Sensitif Fase Mengurangi Kesalahan Transmisi

“Penguat optik peka fase ini, pada prinsipnya, tidak menghasilkan kebisingan tambahan, yang berkontribusi pada penerima yang lebih sensitif dan transmisi data bebas kesalahan dapat dicapai bahkan ketika kekuatan sinyal lebih rendah. Dengan menghasilkan dua gelombang tambahan dengan frekuensi berbeda di penerima, dibandingkan dengan yang sebelumnya dilakukan di pemancar, pemancar laser konvensional dengan satu gelombang kini dapat digunakan untuk mengimplementasikan penguat,” kata Rasmus Larsson, Peneliti Pascadoktoral di bidang Fotonik di Chalmers dan salah satu penelitinya. dari penulis utama penelitian ini.

“Penyederhanaan kami terhadap pemancar berarti bahwa pemancar optik yang sudah ada di satelit dan wahana dapat digunakan bersama dengan penguat bebas kebisingan pada penerima di Bumi,” jelas Larsson.

Mengatasi Kemacetan Komunikasi dalam Penelitian Luar Angkasa

Kemajuan ini berarti bahwa penguat diam (silent amplifier) ​​yang dikembangkan para peneliti pada akhirnya dapat digunakan dalam praktik dalam hubungan komunikasi antara luar angkasa dan Bumi. Oleh karena itu, sistem ini siap berkontribusi dalam memecahkan masalah kemacetan yang umum terjadi di kalangan badan antariksa saat ini.

NASA berbicara tentang 'kemacetan pengembalian sains', dan di sini kecepatan pengumpulan data ilmiah dari luar angkasa ke Bumi merupakan faktor yang menjadi hambatan dalam rantai tersebut. Kami percaya bahwa sistem kami merupakan langkah maju yang penting menuju solusi praktis yang dapat mengatasi hambatan ini,” kata Peter Andrekson.

Langkah selanjutnya bagi para peneliti adalah menguji sistem komunikasi optik dengan amplifier yang diterapkan selama studi lapangan di Bumi, dan kemudian juga dalam hubungan komunikasi antara satelit dan Bumi.

Referensi: “Penerima optik pra-amplifikasi derau sangat rendah menggunakan transmisi panjang gelombang tunggal konvensional” oleh Rasmus Larsson, Peter A. Andrekson dan Ruwan U. Weerasuriya, 19 November 2024, Optik.
DOI: doi:10.1364/OPTICA.539544

Studi ini ditulis oleh Rasmus Larsson, Ruwan U Weerasuriya dan Peter Andrekson. Para peneliti aktif di Chalmers University of Technology dan University of Moratuwa, Sri Lanka.

Pengembangan teknologinya dilakukan di Chalmers University of Technology dan penelitiannya didanai oleh Dewan Riset Swedia.