Wiązki promieniowania rentgenowskiego - sposób na gigabitowy internet w Kosmosie

Dlaczego promieniowanie rentgenowskie, przecież sygnał nie dotrze szybciej niż komunikacja radiowa? Takie pytanie można sobie postawić na początek rozważań o zasadności stosowania promieni rentgenowskich do przesyłania danych. Odpowiedź jest prosta. Promieniowanie rentgenowskie ma dużo bardziej penetrujące zdolności niż sygnał radiowy, a ze względu na wyższe częstotliwości fali nośnej możliwe jest upakowanie dużo większej ilości informacji.

W przyszłości gdy będziemy wysyłać w Kosmos coś więcej niż satelity badawcze, komunikacja radiowa, którą stosujemy od początków lotów kosmicznych, może okazać się niewystarczalna. Już dziś musimy liczyć się z przerwami w łączności, które powstają w chwilach gdy pojazdy wchodzą w atmosferę (czy to wracając na Ziemie, czy też lądując na przykład na Marsie) i wytwarzają wokół siebie otoczki gorącej plazmy. Te chwile są bardzo kluczowe, szczególnie gdy pojawią się problemy, które potem trzeba wyjaśniać. Poza tym promieniowanie rentgenowskie nie wymaga w założeniu stosowania tak silnych stacji nadawczych jak w przypadku sygnału radiowego.

Eksperyment XCOM

W celu sprawdzenia jak teoria może być przekuta na praktykę NASA przygotowała eksperyment o nazwie XCOM (X-Ray Communications), który wykorzystuje nadajnik o nazwie MXS (Modulated X-Ray Source) oraz odbiornik, którym jest instrument NICER (Neutron-star Interior Composition Explorer).

To urządzenie badało gwiazdy neutronowe na skraju transformacji w czarne dziury, ale też sprawdziło się jako detektor sygnału dobiegającego z pulsarów, który pozwala na określenie pozycji detektora względem tych obiektów. Te szybko rotujące (czas obrotu to często milisekundy i stąd bierze się nazwa pulsar milisekundowy) i wysyłające wiązki promieniowania rentgenowskiego gwiazdy neutronowe, mogą kiedyś posłużyć jako kosmiczne boje radiolokacyjne (radio jest tutaj oczywiście nie najlepiej dobranym słowem, bo nośnikiem sygnału są promienie rentgenowskie) w trakcie międzyplanetarnych, a nawet międzygwiezdnych podróży. Już na pokładzie Voyagerów umieszczono tabliczki na których naniesiono pozycje znanych nam pulsarów i zmierzone czasy, co pozwala potencjalnym znalazcom tych sond określić pozycję Ziemi, portu macierzystego.

Odległość pomiędzy nadajnikiem a odbiornikiem pulsów rentgenowskich wyniesie około 50 metrów

NICER zainstalowano na Międzynadorowej Stacji Kosmicznej w 2017 roku. Z kolej MXS dopiero tam poleci. Gdy już zostaną zainstalowane tak jak to pokazuje powyższa ilustracja, MXS będzie generował szybkie pulsy promieniowania rentgenowskiego, w których zakodowane będą informacje zwykle wykorzystywane przez systemy pozycjonowania (GPS).

Element nadawczy MXS

Zespół badawczy ma też nadzieję przesłać bardziej wyrafinowane zbiory informacji by pokazać skalowalność systemu rentgenowskiej komunikacji. Ma ona umożliwić niezakłócony transfer danych z prędkościami rzędu wielu gigabitów. A zarazem umożliwić realizację misji, które, ze względu na obecny problem z zapewnieniem komunikacji, obecnie nie są możliwe.

Zastosowanie promieniowania rentgenowskiego to tylko jeden ze sposobów wykorzystania fal EM z innego zakresu niż fale radiowe. Dużo bardziej zaawansowane są obecnie prace na systemami komunikacji laserowej. Co prawda w teorii nie tak niezawodne jak promieniowanie rentgenowskie, ale z pewnością dużo wydajniejsze niż obecne systemy komunikacji na falach radiowych.

Koncepcja wykorzystania fal rentgenowskich też ma już kilka lat, ale ze względu na problemy ze zdobyciem odpowiednich funduszy (jak to bywa w przypadku eksperymentalnych technologii) dopiero teraz powstała odpowiednia aparatura testowa.

Źródło: NASA