Při výzkumu kosmického prostoru bylo dosaženo dalšího významného pokroku. Pozemní stanice mohou být ve spojení s měsíčními sondami pomocí laseru. Je to doslova mezník ve vývoji kosmické komunikace.
Už v červenci roku 1969 umístili astronauti mise Apollo 11 na měsíčním povrchu tzv. laserový retroreflektor. V podstatě to bylo zrcadlo, které zachytilo světelný paprsek a odrazilo ho zpět ve stejném směru, z něhož přišel. Díky tomu bylo například možné přesně změřit vzdálenost Země a Měsíce.
Na za čátku byla Mona Lisa
První fenomenální test laserového přenosu se uskutečnil už začátkem loňského roku. Vědci ve výzkumném středisku NASA Goddard Space Flight Center v americkém státě Maryland, které vedl prof. Xiaoli Sun, digitalizovali slavný obraz Leonarda da Vinci. Jeho Monu Lisu, okouzlující lidstvo svým tajemným úsměvem, rozdělili na 152 × 200 pixelů a k nim přiřadili 4000 odstínů šedi. Jako přenosové médium použili pulsní paprsek laseru Nd:YAG s vlnovou délkou 523 nm a průměrem 30 cm. Monu Lisu přijala družice Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO), která obíhá Měsíc od roku 2009 a byla pro tento experiment vybavena speciálním zařízením. Obraz rekonstruovala a vrátila na Zem. Přenosová rychlost činila asi 300 bitů za sekundu. Pokus prokázal, že je možné použít laser k odesílání dat na Měsíc. Má totiž výkon, který slibuje, že exponenciálně zvýší tok informací. Za posledních 50 let se při všech kosmických misích muselo spoléhat na rádiové vlny. Ty mají ovšem svá omezení. Jednak jsou přeplněné a jednak se degradují se zvyšující se vzdáleností. Také vyžadují velké množství energie, jež musí být dodáváno náročnými generátory. Naproti tomu fokusované laserové paprsky operují na vlnových délkách 10 000krát kratších než rádiové, takže každou sekundu vysílají mnohem víc informací. Také udržují silný signál na velké vzdálenosti a vysílače vyžadují méně energie. To je významný ekonomický faktor pro vývoj nových družic či kosmických dopravních prostředků.
Radost na Tenerife
Do druhého a také úspěšného testu zapojili družici NASA nazvanou LADEE (Lunar Atmosphere and Dust Environment Explorer). Její start nebyl v žádném případě rutinní záležitostí a byl živě přenášen na velkou obrazovku na Times Square v New Yorku. Mise si vyžádala totiž rozpočet 250 milionů dolarů a byla experty netrpělivě očekávána. Jednak proto, že se startovalo z pobočky NASA na ostrově Wallops na východním pobřeží státu Virginie, ale jednak také proto, že byla poprvé nasazena nová nosná raketa. Dodala ji soukromá společnost Orbita, jež neměla příliš dobrou pověst, protože se jí první dva starty nezdařily. Start LADEE se podařil a sonda nyní obíhá kolem Měsíce. A co víc! Ze vzdálenosti téměř 400 000 km poslala laserové signály do pozemní stanice Evropské kosmické agentury ESA na španělském ostrově Tenerife. Dosažená rychlost přenosu dat byla mnohonásobně vyšší, než by bylo možné s využitím konvenčních rádiových vln, které používají dnešní satelity při spojení s pozemními stanicemi, včetně rádiové sítě ESA nazvané ESTRACK. To představuje zásadní průlom v kosmické komunikaci.
Sen konstruktérů kosmických lodí
Laserový experiment je společným dílem pracovníků NASA a Lincolnovy laboratoře na Massachusetts Institute of Technology (MIT). Jak oznámil Don Boroson, který vede konstrukční tým programu Lunar Laser Communication Demonstration (LLCD), na konferenci SPIE Photonics West minulý měsíc v San Francisku, plní se dávný sen konstruktérů kosmických lodí. Z pozemní základny NASA ve White Sands v Novém Mexiku vyslali laserový impuls a zacílili na satelit. Ten skenuje své okolí, paprsek zachytí, pošle zpět, přičemž kosmický i pozemní terminály jemně doladí své pozice. Demonstrační LLCD Projekt je velmi úspěšný. Laserové signály dosáhly maximální rychlosti 622 megabitů za sekundu (Mbps). Navíc vědci zjistili, že signály se přenášely, i když byl měsíc vysoko nebo nízko na obloze, když byl zahalen tenkými mraky a dokonce i v turbulentní atmosféře. Při jednom z testů vyslali video v kvalitě HD. Zabralo to 1,3 sekundy a další 1,3 sekundy trval návrat videa na Zem. V kombinaci se zpracováním a zpožděním si přenos vyžádal necelých 7 sekund. „Tento koncept komunikace je správný a systém je spolehlivý. Myslíme si, že je připraven pro ostrý provoz,“ oznámil na konferenci v San Francisku Don Boroson. Laserová komunikace by v budoucnu mohla nahradit stávající rádiovou. Nejen v kosmickém prostoru, ale i na zemském povrchu. Nicméně to neznamená, že lasery mohou zcela nahradit rádiovou komunikaci. Vzhledem k tomu, že jsou rozhlasové vlny vysílány ve všech směrech, jsou vhodnější pro přenosy, které mají zasáhnout větší a rozptýlenou cílovou skupinu, což je například specifické pro televizní a rozhlasové vysílání. Laser se naopak hodí pro komunikaci, při níž je potřeba odeslat data na extrémně velké vzdálenosti, zvláště když signály musí jít z jednoho konkrétního místa A přímo do druhého bodu B. V tomto případě nabízí laserové komunikace mnohem vyšší rychlost přenosu dat než rádiové vlny . Prodloužen á mise Hlavní poslání sondy LADEE je však jiné. Sonda byla vypuštěna loni 6. září a o měsíc později dosáhla oběžné dráhy Měsíce. Od 10. listopadu jsou její přístroje aktivní. Pohybuje se ve výši 12 až 60 km nad rovníkem Měsíce. LADEE zatím sbírá z oběžné dráhy detailní data o struktuře tenké atmosféry. Kromě toho pomocí svých přístrojů zjišťuje, zda je v této výši ještě prach z měsíčního povrchu. Od těchto informací si astronomové slibují nejen nová zjištění o zemských souputnících, ale i o jiných srovnatelných objektech solárního systému, jako jsou například velké asteroidy. Tento průzkumník zůstane na oběžné dráze o 28 dní déle, než se původně plánovalo. S jejími výsledky jsou totiž experti NASA nadmíru spokojeni. Potom přejde na nižší orbit. Mise tedy skončí letos 21. dubna dopadem na měsíční povrch.
Další krok
Ovšem pokusy s laserovou komunikací nadále pokračují. Na pouze krátkodobý experiment LLCD naváže NASA pětiletým projektem LCRD (Laser Communications Relay Demonstration), jenž odstartuje v roce 2017. Pokusí se dosáhnout komunikační rychlosti větší než 1 gigabit za sekundu, a to mezi Zemí a satelitem, který bude umístěn na geostacionární oběžné dráze ve výšce 36 000 kilometrů, tedy bude k nám víc než desetkrát blíž než Měsíc. Karel Sedláček