MIT新設計的鐳射器有助於CubeSat衛星處理大量資料的下行

CubeSats的尺寸經常小於一條吐司麵包，但卻具有巨大的潛力，可以徹底改變科學，商業和軍事的空間探索和 ofollow,noindex">開發 。 CubeSats可以在需要時立即傳送，也可以在巨大的衛星陣列中傳送，用於全球範圍內的天氣預報或反導防禦等事件，單個的大衛星儘管單體效能強大但卻沒有這種能力。

但CubeSat的一個主要缺點是它們在傳送資料方面不是很好。由於缺乏強大的無線電發射器和較大的天線，CubeSats一次只能傳送相當於幾張影象的資料。然而，為了使它們更實用，CubeSats需要能夠快速地發回大量高光譜影象等內容。這意味著需要設法讓其能夠以高速率傳輸回上TB的資料。

即使是傳統的無線電也存在這種資料流的問題，而CubeSats由於只能有限地訪問必要的無線電頻率，因此近年來空間工程師將鐳射視為更快的通訊手段，例如NASA此前在進行類似的實驗。根據麻省理工學院的最新結論，鐳射不僅在頻寬方面更有優勢，而且比無線電裝置的外形更緊湊，功率效率更高。

但由於CubeSats的體積小，如何對準和發射鐳射也存在問題。傳統航天器或國際空間站（ISS）的鐳射實驗已經精心設計了瞄準機制，使它們專注於接收地球站，但CubeSat系統必須傾斜整個衛星以對準波束。這會浪費大量時間，能量和推進劑。

在航空和航天學副教授Kerri Cahoy的帶領下，麻省理工學院的團隊正在開發一種精確指向鐳射並將其保持在目標狀態的新方法，無需移動CubeSat或配備高功率鐳射器。鐳射指向平臺在距離僅有幾英寸的一側，使用另一個小型鐳射器，從一個小的，現成的，可操縱的MEMS反射鏡反射，將其對準地面接收器。

這種方法聰明的一點是，系統不僅瞄準鐳射，而且有助於將其鎖定在目標上，這樣就無需在軌道上重新校準它。這套鐳射系統是通過發射兩種不同顏色的鐳射來實現的。一個是資料光束，另一個是校準光束。

當光束被鏡子反射時，校準光束通過一個特殊的光學元件，根據光線的顏色分割光束。發生這種情況時，校準光束將被髮送到CubeSat上的板載相機，而資料光束將前往目標。該攝像機還接收從地面站傳送的參考光束。通過比較這兩者，系統可以調整發射器的鏡子，使鐳射器保持鎖定狀態。

到目前為止，該系統已經在實驗室條件下進行了測試，模擬衛星在400公里（250英里）的高度通過頭頂10分鐘。通過改變參考光束的角度，團隊最終能夠將校準集中在0.05毫弧度範圍內。

“這表明你可以安裝一個低功率系統，可以在這個微小的平臺上製作這些窄光束，比以前做過的任何東西都要小10到100倍，”Cahoy說。 “唯一比實驗室結果更令人興奮的事情就是從軌道上看到這一點，希望這研究和試驗結果能真的激發了這些系統的構建並將它們帶到了那裡。”