Mae cyfathrebu laser gofod yn defnyddio laserau fel cludwr gwybodaeth. O'i gymharu â chyfathrebu microdon traddodiadol, mae'n cynnig manteision sylweddol, gan gynnwys lled band uchel, cyflymder cyflym, cywirdeb cyfeiriadol uchel, diogelwch cryf, ac offer ysgafn. Fodd bynnag, dros bellteroedd gofod dwfn o gannoedd o filoedd o gilometrau, mae cyfathrebu laser wedi wynebu tair her dechnegol fawr ers tro, y cyfeirir atynt yn aml fel y "tri mynydd": anhawster eithafol mewn aliniad trawst manwl gywir, gwanhau signal difrifol, ac anhawster wrth gynyddu cyfraddau trosglwyddo.
Dan arweiniad Canolfan Peirianneg a Thechnoleg Cymhwysiad Gofod Academi Gwyddorau Tsieineaidd, ac mewn cydweithrediad â Zhejiang Lab, Yunnan Observatories, a Sefydliad Microsystemau a Thechnoleg Gwybodaeth Shanghai, treuliodd y tîm ymchwil bum mlynedd yn goresgyn y tri rhwystr mawr hyn.
Yn gyntaf, datrys yr "her aliniad." Daear-Mae cyfathrebu lleuad yn aml yn cael ei gymharu â "edafu nodwydd ar bellter o 400,000 cilomedr." Gall hyd yn oed gwyriad onglog microsgopig ar y pen trawsyrru arwain at wall lleoliad o sawl cilomedr ar ôl cyrraedd y targed. Er mwyn mynd i'r afael â hyn, dyfeisiodd y tîm ddatrysiad caffael ac olrhain dwy ffordd a ddyluniwyd ar gyfer pellteroedd hir iawn a signalau hynod wan. Trwy gyfrifo a graddnodi orbitau lloeren yn gynhwysfawr, gwallau gosod telesgop a gwallau anffurfio, plygiant atmosfferig, ac amser hedfan laser, fe wnaethon nhw sicrhau bod y lloeren a'r telesgop daear yn cynnal aliniad manwl uchel wrth symud.
Yn ail, goresgyn y mater "signal gwan". Ar ôl teithio 400,000 cilomedr, mae'r signal laser sy'n cyrraedd y ddaear yn cael ei leihau i ychydig o ffotonau ac mae'n agored iawn i ymyrraeth gan sŵn cefndir fel golau'r lleuad, golau'r seren, a goleuadau dinas. I fynd i'r afael â'r her eithafol hon, roedd y tîm yn dibynnu ar dechnoleg synhwyro ffoton sengl cyflym, cyflym iawn a chyfres o algorithmau prosesu signal cyfathrebu cymhleth, sensitif iawn. Roedd hyn yn eu galluogi i echdynnu'r signal dilys yn llwyddiannus o symiau enfawr o sŵn a oedd yn cyfateb i glywed pin yn disgyn yn gywir mewn dinas brysur, swnllyd o filoedd o filltiroedd i ffwrdd.
Yn olaf, torri'r rhwystr "cyfathrebu araf". Er mwyn cyflawni cyfraddau data uchel o dan amodau cymhareb signal isel iawn i-sŵn, datblygodd y tîm lled band uchel, technoleg prosesu cyfathrebu hynod effeithlon sy'n gallu adnabod amser lefel picosecond. Mabwysiadwyd cynlluniau modiwleiddio safle pwls trefn uchel a phrosesu signal hynod ddibynadwy ganddynt, wedi'u hategu gan strategaethau codio gwall cryf i frwydro yn erbyn sŵn. I ddechrau, cyflawnodd y prawf hwn gyflymder cyswllt o 1.25 Mbps (megabits yr eiliad) a chyflymder cyswllt i lawr o 100 Mbps. Er enghraifft, cymerodd tua 4 i 5 munud i lawrlwytho delwedd arwyneb lleuad diffiniad uchel 8K gan ddefnyddio cyswllt microdon 5 Mbps traddodiadol. Gyda'r cyfathrebiad laser dosbarth 100 Mbps newydd, gostyngwyd yr amser trawsyrru yn sylweddol i ddim ond 12 eiliad, cynnydd effeithlonrwydd o bron i 20 gwaith.
Ar hyn o bryd, mae'r "uwchffordd wybodaeth" hon rhwng y Ddaear a'r Lleuad wedi'i sefydlu'n llawn. Wrth i archwilio lleuad byd-eang a theithiau glanio lleuad criw gyflymu, mae gofod cislunar ar fin profi "ffrwydrad data." Bydd y cyswllt laser dwyffordd cyflym hwn sydd newydd ei sefydlu nid yn unig yn darparu dull newydd sefydlog a chyflym o drosglwyddo gwybodaeth ar gyfer teithiau yn y dyfodol, gan gefnogi dychweliad amser real o fideo lleuad diffiniad uchel a symiau enfawr o ddata gwyddonol, ond bydd hefyd yn cefnogi Tsieina yn gryf i gyflawni mwy o ddatblygiadau gwreiddiol mewn gwyddoniaeth a chymwysiadau gofod.
