{"id":7964,"date":"2023-07-17T14:57:50","date_gmt":"2023-07-17T06:57:50","guid":{"rendered":"https:\/\/www.huashu-tech.com\/?p=7964"},"modified":"2023-07-17T14:57:52","modified_gmt":"2023-07-17T06:57:52","slug":"nasa-engineers-tapped-to-build-first-integrated-photonics-modem","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.huashu-tech.com\/de\/nasa-engineers-tapped-to-build-first-integrated-photonics-modem\/","title":{"rendered":"NASA-Ingenieure haben sich zusammengetan, um das erste Modem mit integrierter Photonik zu bauen"},"content":{"rendered":"

Ein NASA-Team wurde damit beauftragt, einen neuen Typ von Kommunikationsmodem zu bauen, der eine neue, m\u00f6glicherweise revolution\u00e4re Technologie nutzen wird, die alles von der Telekommunikation \u00fcber die medizinische Bildgebung und fortschrittliche Fertigung bis hin zur Landesverteidigung ver\u00e4ndern k\u00f6nnte.<\/p>\n

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Das erste integrierte Photonik-Modem der Raumfahrtbeh\u00f6rde wird ab 2020 an Bord der Internationalen Raumstation im Rahmen der mehrj\u00e4hrigen Laser Communications Relay Demonstration (LCRD) der NASA getestet. Das Ger\u00e4t in der Gr\u00f6\u00dfe eines Mobiltelefons integriert optikbasierte Funktionen wie Laser, Schalter und Dr\u00e4hte auf einem Mikrochip \u2013 \u00e4hnlich wie ein integrierter Schaltkreis, der in jeder elektronischen Hardware zu finden ist.<\/p>\n

Sobald das sogenannte Integrated LCRD LEO (Low-Earth Orbit) User Modem and Amplifier (ILLUMA) an Bord der Raumstation ist, wird es als Low-Earth-Orbit-Terminal f\u00fcr das LCRD der NASA dienen und eine weitere F\u00e4higkeit f\u00fcr Hochgeschwindigkeits-Laserraketen demonstrieren. basierte Kommunikation.<\/p>\n

Datenraten erfordern neue Technologien<\/h2>\n

Seit ihrer Gr\u00fcndung im Jahr 1958 verl\u00e4sst sich die NASA ausschlie\u00dflich auf hochfrequenzbasierte Kommunikation. Heutzutage, da Missionen h\u00f6here Datenraten als je zuvor erfordern, sei der Bedarf an LCRD wichtiger geworden, sagte Don Cornwell, Direktor der Advanced Communication and Navigation Division der NASA im Rahmen des Space Communications and Navigation Program, das die Entwicklung des Modems finanziert.<\/p>\n

LCRD verspricht, die Art und Weise, wie die NASA Daten, Videos und andere Informationen sendet und empf\u00e4ngt, zu ver\u00e4ndern. Mithilfe von Lasern werden Daten 10- bis 100-mal schneller kodiert und \u00fcbertragen als heutige Kommunikationsger\u00e4te, wobei deutlich weniger Masse und Strom ben\u00f6tigt werden. Ein solcher Technologiesprung k\u00f6nnte Video- und hochaufl\u00f6sende Messungen von Raumfahrzeugen \u00fcber Planeten im gesamten Sonnensystem liefern und es Forschern erm\u00f6glichen, detaillierte Untersuchungen der Bedingungen auf anderen Welten durchzuf\u00fchren, so wie Wissenschaftler heute Hurrikane und andere Klima- und Umweltver\u00e4nderungen hier auf der Erde verfolgen.<\/p>\n

Das Projekt, das voraussichtlich 2019 in Betrieb genommen wird, ist nicht der erste Vorsto\u00df der NASA in die Laserkommunikation. Eine Nutzlast an Bord des Lunar Atmosphere and Dust Environment Explorer (LADEE) zeigte im Jahr 2013 rekordverd\u00e4chtige Download- und Upload-Geschwindigkeiten von und zur Mondumlaufbahn mit 622 Megabit pro Sekunde (Mbps) bzw. 20 Mbps.<\/p>\n

LCRD ist jedoch darauf ausgelegt, nach einer anf\u00e4nglichen zweij\u00e4hrigen Demonstrationsphase ein einsatzf\u00e4higes System zu sein. Es handelt sich um eine gehostete Nutzlast und zwei speziell ausger\u00fcstete\u00a0Bodenstationen<\/a>. In den ersten zwei Jahren wird die Mission der Demonstration eines voll funktionsf\u00e4higen Systems gewidmet sein, von der geosynchronen Umlaufbahn bis hin zu Bodenstationen. Sobald die NASA diese F\u00e4higkeit unter Beweis stellt, plant sie, ILLUMA zu nutzen, um die Kommunikation zwischen geosynchronen und erdnahen Raumfahrzeugen zu testen, sagte Cornwell.<\/p>\n

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Ein au\u00dfergew\u00f6hnliches Terminal<\/h2>\n

ILLUMA beinhaltet eine neue Technologie \u2013 die integrierte Photonik \u2013, die voraussichtlich jede Technologie, die Licht verwendet, ver\u00e4ndern wird. Dies umfasst alles von der Internetkommunikation bis hin zu\u00a0Glasfaserkabel<\/a>\u00a0bis hin zu Spektrometern, chemischen Detektoren und \u00dcberwachungssystemen, um nur einige zu nennen.<\/p>\n

\u201eIntegrierte Photonik ist wie ein integrierter Schaltkreis, au\u00dfer dass sie Licht anstelle von Elektronen verwendet, um eine Vielzahl optischer Funktionen auszuf\u00fchren\u201c, sagte Cornwell. J\u00fcngste Entwicklungen in den Bereichen Nanostrukturen, Metamaterialien und Siliziumtechnologien haben das Anwendungsspektrum dieser hochintegrierten optischen Chips erweitert. Dar\u00fcber hinaus k\u00f6nnten sie \u2013 genau wie heutige elektronische Schaltkreise \u2013 in gro\u00dfen Mengen lithographisch gedruckt werden, was die Kosten photonischer Ger\u00e4te weiter senken w\u00fcrde.<\/p>\n

\u201eDiese Technologie wird alle Arten von NASA-Missionen erm\u00f6glichen, nicht nur die optische Kommunikation auf LCRD\u201c, f\u00fcgte Cornwell hinzu.<\/p>\n

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\"NASA
NASA-Laserexperte Mike Krainak und sein Team planen, Teile dieses Glasfaserempf\u00e4ngers durch einen integrierten photonischen Schaltkreis zu ersetzen, dessen Gr\u00f6\u00dfe der des Chips \u00e4hnelt, den er in der Hand h\u00e4lt. Anschlie\u00dfend plant das Team, das fortschrittliche Modem auf der Internationalen Raumstation zu testen. Bildnachweis: NASA\/W. Hrybyk<\/figcaption><\/figure>\n<\/div>\n<\/div>\n

\u201eWir haben dies schon lange vorangetrieben\u201c, sagte Mike Krainak, der die Entwicklung des Modems am Goddard Space Flight Center der NASA in Greenbelt, Maryland, leitet. \u201eDie Technologie wird das Design optischer Systeme vereinfachen. Es wird die Gr\u00f6\u00dfe und den Stromverbrauch optischer Ger\u00e4te reduzieren und die Zuverl\u00e4ssigkeit verbessern, w\u00e4hrend gleichzeitig neue Funktionen aus einem kosteng\u00fcnstigeren System erm\u00f6glicht werden. Es ist klar, dass unsere Strategie zur Nutzung integrierter photonischer Schaltkreise zu einer Revolution in der Kommunikation zwischen Erde und Planet und Weltraum sowie bei wissenschaftlichen Instrumenten f\u00fchren wird.\u201c<\/p>\n

Krainak leitet nicht nur die Entwicklung von ILLUMA, sondern fungiert auch als Vertreter der NASA im ersten Konsortium des Landes zur F\u00f6rderung der integrierten Photonik. Das vom US-Verteidigungsministerium finanzierte gemeinn\u00fctzige American Institute for Manufacturing Integrated Photonics mit Hauptsitz in Rochester, New York, bringt die f\u00fchrenden Technologietalente des Landes zusammen, um eine weltweite F\u00fchrungsposition in der integrierten Photonik aufzubauen. Sein Hauptziel ist die Entwicklung kosteng\u00fcnstiger, gro\u00dfvolumiger Fertigungsmethoden zur Zusammenf\u00fchrung elektronischer Ger\u00e4te\u00a0integrierte Schaltkreise<\/a>\u00a0mit integrierten photonischen Ger\u00e4ten.<\/p>\n

Das Space Technology Mission Directorate (STMD) der NASA ernannte Krainak au\u00dferdem zum Leiter der integrierten Photonik f\u00fcr sein Space Technology Research Grants Program, das Innovationen im Fr\u00fchstadium unterst\u00fctzt. Das Programm hat k\u00fcrzlich eine Reihe von Forschungspreisen in diesem Technologiebereich angek\u00fcndigt (siehe entsprechende Geschichte).<\/p>\n

Erster Schritt zur Demonstration der Photonik<\/h2>\n

Im Rahmen des NASA-Projekts werden Krainak und sein Team die Gr\u00f6\u00dfe des Terminals reduzieren, das nun etwa die Gr\u00f6\u00dfe von zwei Toaster\u00f6fen hat \u2013 eine Herausforderung, die einfacher wird, da alle lichtbezogenen Funktionen auf einem Mikrochip untergebracht werden. Obwohl erwartet wird, dass das Modem Glasfasern verwendet, sei ILLUMA der erste Schritt beim Aufbau und der Demonstration einer integrierten Photonikschaltung, die diese Funktionen letztendlich auf einem Chip einbetten wird, sagte er.<\/p>\n

ILLUMA wird die Technologie flugtauglich machen und eine Schl\u00fcsself\u00e4higkeit f\u00fcr zuk\u00fcnftige Raumfahrzeuge demonstrieren. Zuk\u00fcnftige Satelliten m\u00fcssten nicht nur mit Bodenstationen kommunizieren, sondern auch untereinander kommunizieren k\u00f6nnen, sagte er.<\/p>\n

\u201eWir wollen der wissenschaftlichen Gemeinschaft einen schnelleren Datenaustausch erm\u00f6glichen. Modems m\u00fcssen kosteng\u00fcnstig sein. Sie m\u00fcssen klein sein. Wir m\u00fcssen auch ihr Gewicht niedrig halten\u201c, sagte Krainak. Ziel ist es, die Technologie zu entwickeln und zu demonstrieren und sie dann der Industrie und anderen Regierungsbeh\u00f6rden zur Verf\u00fcgung zu stellen, wodurch Skaleneffekte entstehen, die die Kosten weiter senken. \u201eDas ist der Lohn\u201c, sagte er.<\/p>\n

Obwohl die integrierte Photonik verspricht, die weltraumgest\u00fctzte Wissenschaft und die interplanetare Kommunikation zu revolutionieren, seien ihre Auswirkungen auf terrestrische Nutzungen ebenso tiefgreifend, f\u00fcgte Krainak hinzu. Eine solche Verwendung sind Rechenzentren. Diese kostspieligen, sehr gro\u00dfen Anlagen beherbergen Server, die \u00fcber Glasfaserkabel verbunden sind, um Daten zu speichern, zu verwalten und zu verteilen.<\/p>\n

Die integrierte Photonik verspricht, den Bedarf und die Gr\u00f6\u00dfe dieser Giganten drastisch zu reduzieren \u2013 insbesondere, da die f\u00fcr den Betrieb dieser Anlagen erforderliche optische Hardware auf einen Chip gedruckt wird, \u00e4hnlich wie heutige elektronische Schaltkreise. Neben einer Kostensenkung verspricht die Technologie eine schnellere Rechenleistung.<\/p>\n

\u201eGoogle, Facebook, sie alle fangen an, sich das anzuschauen\u00a0Technologie<\/a>\u201c, sagte Krainak. "Als\u00a0Integrierte Photonik<\/a>\u00a0Da sich die Technologie als kosteng\u00fcnstiger als Glasfaser erweist, wird sie zum Einsatz kommen\u201c, sagte Krainak. \u201eAlles geht in diese Richtung.\u201c<\/p>","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

A NASA team has been tapped to build a new type of communications modem that will employ an emerging, potentially revolutionary technology that could transform everything from telecommunications, medical imaging, advanced manufacturing to national defense.   The space agency’s first-ever integrated-photonics modem will be tested aboard the International Space Station beginning in 2020 as part<\/p>","protected":false},"author":1,"featured_media":7978,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":[],"categories":[1],"tags":[],"acf":[],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/www.huashu-tech.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/7964"}],"collection":[{"href":"https:\/\/www.huashu-tech.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/www.huashu-tech.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.huashu-tech.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/users\/1"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.huashu-tech.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=7964"}],"version-history":[{"count":1,"href":"https:\/\/www.huashu-tech.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/7964\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":7979,"href":"https:\/\/www.huashu-tech.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/7964\/revisions\/7979"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.huashu-tech.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/media\/7978"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/www.huashu-tech.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=7964"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.huashu-tech.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=7964"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.huashu-tech.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=7964"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}