عملکرد سامانه‌های لیزری برای ارتباط از مریخ چگونه خواهد بود؟

در حال حاضر، شبکه‌ی اعماق فضایی ناسا (Deep Space Network) این ارتباطات را مدیریت می‌کند، اما در مأموریت‌های آینده ممکن است از سامانه‌های پیشرفته‌ی لیزری بهره گرفته شود که توانایی انتقال داده با سرعت‌های بسیار بالاتری را دارند. با این حال، این سیگنال‌های نوری می‌توانند توسط طوفان‌های گردوغبار مریخی مختل شوند، و به همین دلیل، نیاز به معماری‌های ارتباطی ترکیبی—ترکیبی از فناوری‌های رادیویی و لیزری—وجود دارد تا در هر شرایط جوی، ارتباط مطمئن با تیم‌های کاوشگر برقرار باقی بماند.

سطح مریخ پوشیده از ماده‌ای پودری و بسیار ریز است که بادهای مریخی آن را به راحتی به طوفان‌های گردوغباری تبدیل می‌کنند. این طوفان‌های نیرومند می‌توانند چشم‌انداز و جو مریخ را به طور چشمگیری تغییر دهند. برخلاف طوفان‌های زمینی که معمولاً محدود به مناطقی خاص هستند، طوفان‌های مریخی می‌توانند گسترش یافته و کل سیاره را در بر بگیرند. این طوفان‌های جهانی ممکن است هفته‌ها یا حتی ماه‌ها ادامه پیدا کنند و تابش خورشید را مسدود کرده و دید را تقریباً به صفر برسانند. ذرات فوق‌العاده ریز گردوغبار—که بسیار کوچک‌تر از قطر موی انسان هستند—به راحتی توسط بادهای مریخی به ارتفاعاتی تا ۶۰ کیلومتر بالاتر از سطح سیاره منتقل می‌شوند. از این رو، هر سامانه‌ی ارتباطی باید توانایی مقابله با این شرایط سخت را داشته باشد.

ارتباطات نوری مبتنی بر لیزر (FSO) به عنوان جایگزینی برای فناوری سنتی رادیویی در حال ظهور است؛ روشی که سرعت انتقال داده‌ی بالاتر، مصرف انرژی کمتر، سخت‌افزار کوچک‌تر و امنیت بالاتر در برابر شنود را فراهم می‌کند. تیمی به رهبری «اوا فرناندز رودریگز» از سازمان تحقیقاتی علمی کاربردی هلند (TNO) پیشنهاد داده‌اند که این فناوری می‌تواند به بهبود ارتباطات مریخی کمک کند. در سال‌های اخیر، سامانه‌های FSO با موفقیت در کاربردهای متنوعی از جمله ارتباطات زمینی، ارتباط ماهواره‌ای، مدارگردهای قمری، شبکه‌های رله فضایی و حتی مأموریت‌های اعماق فضا به کار گرفته شده‌اند.

این تیم تحقیقاتی بررسی کرده است که گردوغبار جوی مریخ چگونه بر ارتباطات نوری بین سطح و ماهواره‌ها تأثیر می‌گذارد. آن‌ها با استفاده از داده‌های اقلیمی، میزان انسداد نور توسط ذرات معلق گردوغبار را در شرایط عادی و طوفانی شبیه‌سازی کرده و اثرات آن بر سیگنال‌های لیزری با طول موج ۱.۵۵ میکرومتر را محاسبه کرده‌اند. نتایج این تحلیل‌ها به طراحی بهتر سامانه‌های ارتباطی آینده و شناسایی بهترین مکان‌ها برای ایستگاه‌های زمینی کمک می‌کند تا ارتباطات لیزری با وجود چالش‌های جوی مریخ، قابل اعتماد باشند.

این یافته‌ها پیامدهای حیاتی برای مأموریت‌های آینده‌ی مریخ دارند، چرا که ارتباطات پایدار برای پشتیبانی از اکتشافات انسانی ضروری خواهد بود. با شناخت تغییرات فصلی و منطقه‌ای در میزان گردوغبار، برنامه‌ریزان مأموریت‌ها می‌توانند استراتژی‌های ارتباطی مقاومی توسعه دهند که از هر دو فناوری FSO و سامانه‌های رادیویی سنتی بهره ببرند. پژوهشگران پیشنهاد می‌کنند که استقرار ایستگاه‌های زمینی در مناطقی که تاریخچه‌ی گردوغبار کمتری دارند، در کنار شبکه‌ای از ماهواره‌های رله، می‌تواند پشتیبانی لازم را برای حفظ ارتباط پیوسته با زمین حتی در سخت‌ترین شرایط آب‌وهوایی مریخ فراهم کند.

برای مأموریت‌های آینده‌ی مریخ، تنها استفاده از ارتباط لیزری کافی نیست.
اگرچه سامانه‌های لیزری سرعت انتقال داده بسیار بالایی دارند، اما طوفان‌های شدید گردوغبار مریخ می‌توانند این سیگنال‌های نوری را به شدت مختل کنند. بنابراین، باید یک سیستم ترکیبی طراحی شود که هم فناوری رادیویی و هم فناوری لیزری را به کار گیرد تا در همه‌ی شرایط جوی، حتی در بدترین طوفان‌های سیاره‌ی سرخ، ارتباط با زمین حفظ شود.
علاوه بر این، انتخاب مکان‌های مناسب برای ایستگاه‌های زمینی—در مناطقی با کمترین گردوغبار—و استفاده از شبکه‌های رله‌ای ماهواره‌ای اهمیت زیادی برای اطمینان از پایداری ارتباط دارد.
لیزر آینده‌ی ارتباطات مریخی است، ولی فقط با کمک رادیو و طراحی هوشمندانه می‌توان به ارتباطی پایدار دست یافت.