Лазерный передатчик

ил-74
Сообщений: 104
Зарегистрирован: 28 ноя 2015, 19:53

Re: Лазерный передатчик

Сообщение ил-74 » 29 ноя 2015, 17:35

maxrez писал(а):
ил-74 писал(а):Серьезно??? А что же до сих пор лазерная связь в серию не пошла? Сколько уже существует технология лазерных дисков? Лет 30 точно? А эксперименты с лазерной связью начались только последние год-два. Не подскажете, почему? А это речь идет о связи в самом простом варианте - с геостационарной орбиты, например. Даже в таком варианте не существует серийно. Давайте, выдайте вашу версию - почему же нет до сих лазерной связи, если все так просто.


Потому, как до сих пор с задачей пересылки информации успешно справлялась радио-связь. Сейчас уже стоит вопрос о переносе больших объемов информации с большой скоростью на большие расстояния. Радио-связь уже на границе своих возможностей. Поэтому и начали развивать лазерную связь.


Радиосвязь уже давно на границе своих возможностей. Еще когда американцы делали и запускали Вояджеры, низкая скорость передачи была самым узким местом во всей технологии фотографирования и передачи астрофотографий - это притом, что разрешение камеры у него было сделано по современным меркам вообще никакое - у телефонов лучше. Я уже молчу про Хаббл и спутники для фотографирования земной поверхности (в т.ч. шпионских) - там уже снимки гигабайтные, их приходится часами передавать.

Аватар пользователя
maxrez
Сообщений: 151
Зарегистрирован: 21 окт 2015, 16:31

Re: Лазерный передатчик

Сообщение maxrez » 29 ноя 2015, 21:43

ил-74 писал(а):Более-менее точные вычисления возможны, только если известны точные вводные данные. А если их нет - как же считать? Ну в случае с отражением от облака вводные еще можно прикинуть. А уже в случае с "искуственной звездой" - нет, потому что не известно достоверно, сколько процентов излучения отражается, сколько проходит вниз. А в случае с атмосферным усилением сигнала от УФ-лазера - тем более очень мало что известно. А ведь это очень перспективный способ связи для спутников с небольшим удалением - тех же ретрансляторов, на низких орбитах - на таком расстоянии дифракционное расхождение еще не сильно сказывается, и метод вполне может быть рабочим.
Во многих случаях можно понять, работает ли способ и без вычислений - смоделировав процесс приблизительно, эмпирически.
Моя проф.сфера от физики далека - газовое оборудование, многокомпонентные газовые смеси в жидкой фазе (органические газы) и их применение (МАПП-газ, например), криотехнологии. Все остальное - это уже любительство.


Расчёты делаются так, что параметрам которые нам не известны даются крайние значения.
То есть рассчитывается самый оптимистичный вариант а самый пессимистичный.
У меня ведь как-то получается прикинуть возможности лазерной связи... С расчётами.

BarsMonster
Сообщений: 48
Зарегистрирован: 22 окт 2015, 00:32

Re: Лазерный передатчик

Сообщение BarsMonster » 30 ноя 2015, 02:19

maxrez писал(а):Я уже рассчитывал и такой сценарий. К сожалению не получится.
На борт КА взять слишком мощный лазер нельзя. Энергии у нас не так много.
А при широком пятне получается, что в детектор попадает пара десятков фотонов за секунду. То есть понять, что пришел сигнал можно. А вот перенести информацию нормальной скоростью уже никак. Я выкладывал калькулятор с расчётами лазерного канала. Скачайте и попробуйте задать разные параметры. https://www.dropbox.com/s/1clygxrjca581 ... .xlsx?dl=0


Ну и жесть тут у вас :-)
maxrez, калькулятор показывает результаты, похожие на мои предыдущие оценки.

Пара моментов:

Приемный телескоп на земле - думаю стоит ориентироваться на 1м диаметр или несколько по 0.4м.
Мощность передатчика - я планировал изначально 0.1Вт, 1Вт - если повезет. Выше - сложно и по энергетике (с учетом КПД), и по надежности, и проч.

Самый критический момент - угол расхождения луча. LADEE летал с расхождением 3 секунды. Я предлагаю закладываться на 1, 10 и 100 минут.
Наведение в любом случает требует маяка с земли или хитростей с фотографией москвы. 100 минутный лазер - может быть диодный, проще некуда.

Квантовую эффективность предлагаю все-же брать 0.5 )

Для "ведения" аппарата наземным телескопом дополнительный пилотный сигнал с КА не требуется. Это может быть или вспомогательный небольшой "гидирующий" телескоп, или непосредственно многоэлементный кремниевый фотоумножитель (как в лазерной локации луны используют - там гидирование в миллион раз тяжелее).

Канал "вверх" - больной вопрос. Сильно страдаем от маленького диаметра приемной антенны на КА. Наземную мощность поднимать тяжело. Но если светить острым лучем (1-5 угловых секунд) - то мощные около-одномодовые лазеры очень быстро становятся очень дорогими. Светить несколькими телескопами - очень большие проблемы с совмещением лучей были у LADEE. В принципе, даже на скорости 1000 бод канал вверх может быть очень полезен.

Если пилотный луч с земли есть и принимается - можно конечно совершенно бесплатно впихнуть туда канал данных. Но если пилотного луча нет, и наведение на фотографию Москвы - то система проще и надежнее.

Все идеи с облаками сразу отметаем, это полная шизофрения. Слишком мощные потери излучения, когда у нас каждый квант на счету.

Аватар пользователя
Ejj
Сообщений: 290
Зарегистрирован: 21 окт 2015, 21:01

Re: Лазерный передатчик

Сообщение Ejj » 30 ноя 2015, 10:31

BarsMonster писал(а):Самый критический момент - угол расхождения луча. LADEE летал с расхождением 3 секунды. Я предлагаю закладываться на 1, 10 и 100 минут.

100 минут - это близко к угловому размеру Земли от Луны, там чуть менее 2 градусов.

gionov
Сообщений: 272
Зарегистрирован: 23 окт 2015, 21:15
Откуда: г. Снежинск, Челябинская обасть
Контактная информация:

Re: Лазерный передатчик

Сообщение gionov » 30 ноя 2015, 10:58

Не понял со 100 минутами. У меня лазерная указка расходится меньше чем на 10'. Вечером точнее померяю

gionov
Сообщений: 272
Зарегистрирован: 23 окт 2015, 21:15
Откуда: г. Снежинск, Челябинская обасть
Контактная информация:

Re: Лазерный передатчик

Сообщение gionov » 30 ноя 2015, 11:10

BarsMonster писал(а):Наведение в любом случает требует маяка с земли или хитростей с фотографией москвы. 100 минутный лазер - может быть диодный, проще некуда.

Не понял. Речь о море Москвы?
Если о Москве, как городе, то Вы предлагаете ориентироваться по снимку Земли? 50 км с расстояния до Луны - это 26 угловых секунд. Москва будет занимать несколько пикселей, если развернуть аппарат основной камерой в сторону Земли.
Я то думал, что передатчик независим от корпуса аппарата и наводится не вращением аппарата, так, чтобы можно было передавать при любой ориентации.
К тому же меня очень удивил выбор Москвы. Как часто там бывает ясная погода? Не случится ли так, что по закону Мерфи месяц не будет связи, и данные так и не будут сброшены?
Я так думал, что приёмник надо ставить в пустыне, ну или в горах Кавказа, ну хотя бы в другом месте, где периодически стоит ясная погода. На Байкале? Надо изучить карту астроклимата.

gionov
Сообщений: 272
Зарегистрирован: 23 окт 2015, 21:15
Откуда: г. Снежинск, Челябинская обасть
Контактная информация:

Re: Лазерный передатчик

Сообщение gionov » 30 ноя 2015, 11:14

Точное наведение можно осуществить сканированием лазерным лучом, нагруженным маркерами текущего направления. Телескоп на Земле ловит маркер и по телеметрическому радиоканалу он отправляется обратно на аппарат. Тот наводится на нужное направление.

Аватар пользователя
maxrez
Сообщений: 151
Зарегистрирован: 21 окт 2015, 16:31

Re: Лазерный передатчик

Сообщение maxrez » 30 ноя 2015, 11:35

BarsMonster писал(а):Ну и жесть тут у вас :-)

Отож! Сам до сих пор в шоке. :shock:

BarsMonster писал(а):maxrez, калькулятор показывает результаты, похожие на мои предыдущие оценки.

Это хорошо. Значит рассуждаем правильно. В принципе это всё вопрос элементарной физики и геометрии.

BarsMonster писал(а):Пара моментов:

Приемный телескоп на земле - думаю стоит ориентироваться на 1м диаметр или несколько по 0.4м.
Мощность передатчика - я планировал изначально 0.1Вт, 1Вт - если повезет. Выше - сложно и по энергетике (с учетом КПД), и по надежности, и проч.

Думаю, что лучше иметь несколько телескопов. Для контрольного приёма.
0.1Вт думаю будет маловато. А что с проектом AeroCube OCSD? Там у них мощность до 10Вт доходила. https://directory.eoportal.org/web/eopo ... ocube-ocsd Сам аппарат маленький и площадь солнечных панелей меньше. Хотя я конечно не знаю сколько мощности будут потреблять другие системы. Например передатчик. Но в принципе радио-передатчик и лазерный могут работать в разное время. Так можно повысить мощность и того и другого.

BarsMonster писал(а):Самый критический момент - угол расхождения луча. LADEE летал с расхождением 3 секунды. Я предлагаю закладываться на 1, 10 и 100 минут.
Наведение в любом случает требует маяка с земли или хитростей с фотографией москвы. 100 минутный лазер - может быть диодный, проще некуда.

Наведение - самая проблемная часть. Заморочка та ещё. Будем думать.

BarsMonster писал(а):Квантовую эффективность предлагаю все-же брать 0.5 )


Это с каким детектором?
Думаю самый подходящий детектор для нас это SPAD. http://www.princetonlightwave.com/mm-pr ... diode-spad
Позволяет считать одиночные фотоны и имеет эффективность детекции 20%.
specs PGA-284preliminary.png
specs PGA-284preliminary.png (50.21 KiB) 3890 просмотра


На другие детекторы типа MPPC, APD, DAPD, думаю не стоит обращать внимание. У них слишком низкая чувствительность в нужном нам диапазоне.

BarsMonster писал(а):Все идеи с облаками сразу отметаем, это полная шизофрения. Слишком мощные потери излучения, когда у нас каждый квант на счету.

Это просто понять если начать думать про распределение фотонов по площади. Ну и не забывать про подавление света атмосферой. Диаграмма и в Google лежит и здесь я выкладывал.
Последний раз редактировалось maxrez 30 ноя 2015, 15:58, всего редактировалось 5 раз.

Аватар пользователя
maxrez
Сообщений: 151
Зарегистрирован: 21 окт 2015, 16:31

Re: Лазерный передатчик

Сообщение maxrez » 30 ноя 2015, 11:47

gionov писал(а):К тому же меня очень удивил выбор Москвы. Как часто там бывает ясная погода? Не случится ли так, что по закону Мерфи месяц не будет связи, и данные так и не будут сброшены?
Я так думал, что приёмник надо ставить в пустыне, ну или в горах Кавказа, ну хотя бы в другом месте, где периодически стоит ясная погода. На Байкале? Надо изучить карту астроклимата.


Согласен.

BarsMonster писал(а):Но если пилотного луча нет, и наведение на фотографию Москвы - то система проще и надежнее.


Есть теоретическая возможность поместить один из детекторов здесь. https://www.google.sk/maps/place/Lomnic ... d51fcab412

tatry.png
tatry.png (810.95 KiB) 3894 просмотра
HIG39ef00_Tatry_9_kopie.jpg
HIG39ef00_Tatry_9_kopie.jpg (93.12 KiB) 3894 просмотра

ил-74
Сообщений: 104
Зарегистрирован: 28 ноя 2015, 19:53

Re: Лазерный передатчик

Сообщение ил-74 » 30 ноя 2015, 14:54

maxrez писал(а):
Вот-вот. Я пытался объяснить - не вышло. Хотя что-к чему было бы просто понять если начать думать про распределение фотонов по площади. Ну и не забывать про подавление света атмосферой. Диаграмма и в Google лежит и здесь я выкладывал.


Что значит - не вышло? Опять вы меня идиотом выставляете? Я вообще-то касаемо идеи с отражением от облака согласился с вами.

Если такая напряженка с энергией - почему бы не использовать энергию лазера с Земли? Который одновременно можно использовать для передачи и и туда и обратно? Лазер на Земле, конечно, должен быть мощным - не менее 100 Вт, и с минимальным расхождением. IPG Photonics - ведущий производитель таких лазеров, с наилучшим соотношением цена-качества, да и по отдельности и цена и качество у них наилучшее.
На спутнике будет стоять зеркало и оптика для сведения полученного света опять в пучок и отправки обратно на Землю. Естественно, сначала собранный свет пропускается через блок модуляции, и затем отправляется обратно на Землю. Таким образом мы имеем двустороннюю связь наземным лазером. Конечно, чем больше диаметр приемного зеркала, тем больше энергии получится отправить обратно. Размеры его ограничены размерами аппарата. Где можно почитать про размеры аппарата? Для надежности можно продублировать и установить лазер на самом спутнике - хотя я не уверен в его необходимости при такой схеме.

ил-74
Сообщений: 104
Зарегистрирован: 28 ноя 2015, 19:53

Re: Лазерный передатчик

Сообщение ил-74 » 30 ноя 2015, 15:28

Вообще же иметь на борту КА лазер - все таки неплохо. Если все же удастся сделать КА долгоживущим, лазер мог бы помочь в выполнении неких вполне научных задач. Например, подсветить для съемки т.н. "области вечной тьмы". Это такие места на Луне, куда свет Солнца никогда не попадал. Там предполагается наличие воды. Было бы неплохо попробовать заснять эти места, а лазер использовать как прожектор, в режиме сканера. В таком варианте даже маломощного лазера хватит, чтобы подсветить для съемки эти места. Выдержка камеры при этом должна быть большая, а сканирование должно быть максимально быстрым.

ил-74
Сообщений: 104
Зарегистрирован: 28 ноя 2015, 19:53

Re: Лазерный передатчик

Сообщение ил-74 » 30 ноя 2015, 15:43

Мощный наземный лазер, несмотря на дороговизну - самый хороший вариант. Его ведь можно будет потом продать, чтобы вернуть расходы, на Луну его отправлять не нужно будет :) Упомянутая IPG Photonics делает многомодовые лазеры мощностей вплоть до киловаттов. В принципе, вполне возможно, что удастся их уговорить предоставить лазер в аренду или вообще бесплатно на время, взамен на рекламу. Дела у них идут не очень блестяще, конкуренция на рынке острая, американцы не хотят пускать на свой рынок "левую" фирму. Так что реклама им не помешает, думаю.
Вот их сайт на английском http://www.ipgphotonics.com/ , Вот в вики - https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%98%D0 ... 1%8E%D1%81 - про одну из их фирм

Аватар пользователя
maxrez
Сообщений: 151
Зарегистрирован: 21 окт 2015, 16:31

Re: Лазерный передатчик

Сообщение maxrez » 30 ноя 2015, 15:56

ил-74 писал(а):Что значит - не вышло? Опять вы меня идиотом выставляете? Я вообще-то касаемо идеи с отражением от облака согласился с вами.


Нет не выставляю. Может я не правильно выразился. Целью моего убеждения было не то чтобы вы просто согласились со мной но и сами посчитали почему ваш метод не вариант. Чтобы вы здесь написали способ своих расчётов. Именно это у меня не получилось. Просто у нас разный подход к решению задачи.

gionov
Сообщений: 272
Зарегистрирован: 23 окт 2015, 21:15
Откуда: г. Снежинск, Челябинская обасть
Контактная информация:

Re: Лазерный передатчик

Сообщение gionov » 30 ноя 2015, 16:33

gionov писал(а):Не понял со 100 минутами. У меня лазерная указка расходится меньше чем на 10'. Вечером точнее померяю

1 см с расстояния 7 метров, то есть расхождение около 5'. И связано оно с погрешностью фокусировки выходной линзой. На выходе ширина луча 2.8 мм. Так что предельная расходимость должна быть около 40", то есть в 7 раз меньше.
Последний раз редактировалось gionov 30 ноя 2015, 18:54, всего редактировалось 1 раз.

ил-74
Сообщений: 104
Зарегистрирован: 28 ноя 2015, 19:53

Re: Лазерный передатчик

Сообщение ил-74 » 30 ноя 2015, 16:34

Мне только что пришло в голову, что если технология лазерной связи на отраженном луче окажется рабочей - то ведь Гапонцев получит от этого прямую выгоду - тогда спрос на его мощные лазеры вырастет многократно.
Последний раз редактировалось ил-74 02 дек 2015, 22:04, всего редактировалось 3 раз.

gionov
Сообщений: 272
Зарегистрирован: 23 окт 2015, 21:15
Откуда: г. Снежинск, Челябинская обасть
Контактная информация:

Re: Лазерный передатчик

Сообщение gionov » 30 ноя 2015, 16:49

ил-74 писал(а):Если такая напряженка с энергией - почему бы не использовать энергию лазера с Земли? Который одновременно можно использовать для передачи и и туда и обратно? Лазер на Земле, конечно, должен быть мощным - не менее 100 Вт, и с минимальным расхождением. IPG Photonics - ведущий производитель таких лазеров, с наилучшим соотношением цена-качества, да и по отдельности и цена и качество у них наилучшее.
На спутнике будет стоять зеркало и оптика для сведения полученного света опять в пучок и отправки обратно на Землю.

Если даже удастся найти лазер с расхождением 3", то пятно на Луне будет 6 км и метровое зеркало отразит всего 3 микроватта от направленных с Земли 100 Вт. Понятно, что такой слабый сигнал на Земле не поймать.
Повторюсь, что Вы, при всём уважении, не владеете масштабами.

gionov
Сообщений: 272
Зарегистрирован: 23 окт 2015, 21:15
Откуда: г. Снежинск, Челябинская обасть
Контактная информация:

Re: Лазерный передатчик

Сообщение gionov » 30 ноя 2015, 16:54

ил-74 писал(а):Вообще же иметь на борту КА лазер - все таки неплохо. Если все же удастся сделать КА долгоживущим, лазер мог бы помочь в выполнении неких вполне научных задач. Например, подсветить для съемки т.н. "области вечной тьмы". Это такие места на Луне, куда свет Солнца никогда не попадал. Там предполагается наличие воды. Было бы неплохо попробовать заснять эти места, а лазер использовать как прожектор, в режиме сканера. В таком варианте даже маломощного лазера хватит, чтобы подсветить для съемки эти места. Выдержка камеры при этом должна быть большая, а сканирование должно быть максимально быстрым.

Не важно, сканировать поверхность или сразу снимать весь кадр. Фотонов нужно послать прожектору одинаковое количество. Лазер - не самый эффективный преобразователь электроэнергии в свет. Лучше поставить светодиодную лампочку. Выдержка на расстоянии 2 метра от 10 ваттной светодиодной лампочки примерно 1/100 секунды. На расстоянии 10 км соответственно 250000 секунд, то есть около трёх суток, а пролетать над местом будем 6 секунд. Не успеем заснять однозначно.
Не владеете масштабами.

ил-74
Сообщений: 104
Зарегистрирован: 28 ноя 2015, 19:53

Re: Лазерный передатчик

Сообщение ил-74 » 30 ноя 2015, 16:56

gionov писал(а):
ил-74 писал(а):Если такая напряженка с энергией - почему бы не использовать энергию лазера с Земли? Который одновременно можно использовать для передачи и и туда и обратно? Лазер на Земле, конечно, должен быть мощным - не менее 100 Вт, и с минимальным расхождением. IPG Photonics - ведущий производитель таких лазеров, с наилучшим соотношением цена-качества, да и по отдельности и цена и качество у них наилучшее.
На спутнике будет стоять зеркало и оптика для сведения полученного света опять в пучок и отправки обратно на Землю.

Если даже удастся найти лазер с расхождением 3", то пятно на Луне будет 6 км и метровое зеркало отразит всего 3 микроватта от направленных с Земли 100 Вт. Понятно, что такой слабый сигнал на Земле не поймать.
Повторюсь, что Вы, при всём уважении, не владеете масштабами.


Как хотите.

ил-74
Сообщений: 104
Зарегистрирован: 28 ноя 2015, 19:53

Re: Лазерный передатчик

Сообщение ил-74 » 30 ноя 2015, 17:03

gionov писал(а):
ил-74 писал(а):Вообще же иметь на борту КА лазер - все таки неплохо. Если все же удастся сделать КА долгоживущим, лазер мог бы помочь в выполнении неких вполне научных задач. Например, подсветить для съемки т.н. "области вечной тьмы". Это такие места на Луне, куда свет Солнца никогда не попадал. Там предполагается наличие воды. Было бы неплохо попробовать заснять эти места, а лазер использовать как прожектор, в режиме сканера. В таком варианте даже маломощного лазера хватит, чтобы подсветить для съемки эти места. Выдержка камеры при этом должна быть большая, а сканирование должно быть максимально быстрым.

Не важно, сканировать поверхность или сразу снимать весь кадр. Фотонов нужно послать прожектору одинаковое количество. Лазер - не самый эффективный преобразователь электроэнергии в свет. Лучше поставить светодиодную лампочку. Выдержка на расстоянии 2 метра от 10 ваттной светодиодной лампочки примерно 1/100 секунды. На расстоянии 10 км соответственно 250000 секунд, то есть около трёх суток, а пролетать над местом будем 6 секунд. Не успеем заснять однозначно.
Не владеете масштабами.


В данном случае вы не правы. И это вы не владеете воображением, а не я какими то загадочными масштабами. Можно сканировать очень маленький участок местности - тогда света вполне хватит и выдержка не нужна будет большая. Про кпд лазера я в курсе. Но весь смысл в многоцелевом использовании имеющейся аппаратуры. Лампочка, точнее оптика для нее будет занимать место и лишний вес иметь. Лазер так или иначе нужен, в любом случае будет на борту, значит его можно использовать для нескольких целей. А еще обычная лампочка не позволяет хорошо фокусировать свет - а это значит, что большая часть света будет рассеиваться в стороны, до объекта съемки дойдет света намного меньше, чем от лазера - в итоге кпд выше получается у лазера.

gionov
Сообщений: 272
Зарегистрирован: 23 окт 2015, 21:15
Откуда: г. Снежинск, Челябинская обасть
Контактная информация:

Re: Лазерный передатчик

Сообщение gionov » 30 ноя 2015, 17:12

Как говорит Максим, посчитайте, пожалуйста, сколько времени займёт сканирование 1 Вт лазером с расхождением 10" с расстояния 10 км так, чтобы на фотографии не получился чёрный квадрат Малевича. Разрешение фотографии 4 секунды на пиксель (то есть меньше размера лазерного пятна на поверхности примерно в 2.5 раза). Размер кадра, который надо отсканировать 2000х3000 пикселей.
Если не устраивают приведённые числа, приведите свои и обоснуйте их реализуемость.


Вернуться в «Состав космического аппарата»

Кто сейчас на форуме

Количество пользователей, которые сейчас просматривают этот форум: нет зарегистрированных пользователей и 1 гость