УДК 537.39

О возможности применения лазерной связи в современной гражданской авиации

Чечкова Елена Николаевна – студентка Санкт-Петербургского государственного университета гражданской авиации имени А. А. Новикова.

Сагитов Дамир Ильдарович – кандидат технических наук, доцент кафедры Систем автоматизированного управления Санкт-Петербургского государственного университета гражданской авиации имени А. А. Новикова.

Аннотация: Данная статья рассматривает современные тенденции развития технологий лазерной связи, а также возможные проблемы и пути их решения. В статье обсуждаются основные направления развития лазерной связи, такие как увеличение скорости передачи данных, улучшение надежности соединения, снижение энергопотребления и использование новых материалов. Также рассматриваются проблемы, связанные с атмосферными помехами, безопасностью, высокими затратами и нормативным регулированием, и предлагаются возможные пути их решения. В заключении подчеркивается важность дальнейших исследований и разработок в области лазерной связи для повышения ее эффективности, надежности и доступности.

Ключевые слова: лазерная связь, лазерное излучение, скорость, надежность, гражданская авиация, технологии, оптические кабели, лазерные коммуникационные системы, радиолокационное оборудование, безопасность, преимущества, недостатки, применение, авиация.

Лазерная связь - это передача информации с помощью лазерного излучения, что обеспечивает высокую скорость и надежность передачи данных. В гражданской авиации использование лазерной связи становится все более актуальным благодаря своей эффективности и возможности преодоления ограничений других видов связи. Целью данной статьи является рассмотрение технологий лазерной связи в гражданской авиации, их применение и перспективы развития.

Технологии лазерной связи в гражданской авиации играют важную роль в обеспечении связи между воздушными судами и наземными станциями. Они обеспечивают высокую скорость передачи данных, надежность и безопасность связи. Вот несколько основных технологий лазерной связи, используемых в гражданской авиации:

1. Оптические кабели: Лазерная связь в авиации может использовать оптические кабели для передачи данных между воздушными судами и наземными станциями. Эти кабели обеспечивают высокую скорость передачи данных и защищены от помех.
2. Лазерные коммуникационные системы: Специальные лазерные коммуникационные системы могут быть установлены на борту воздушных судов для обеспечения связи с другими самолетами, наземными станциями или спутниками. Эти системы позволяют передавать данные на большие расстояния с высокой скоростью.
3. Лазерное радиолокационное оборудование: Лазерное радиолокационное оборудование используется для обнаружения других воздушных судов и предотвращения столкновений. Оно обеспечивает точное определение расстояния до других объектов и помогает пилотам принимать правильные решения в случае опасной близости.
4. Лазерные указатели направления: Лазерные указатели направления могут быть использованы для облегчения посадки в сложных метеоусловиях или на незнакомых аэродромах. Они помогают пилотам ориентироваться и точно выравнивать самолет при посадке.[1]

Принцип работы беспроводной лазерной связи основан на передаче данных с помощью модулированного излучения в инфракрасной части спектра. В качестве передатчика используется мощный полупроводниковый лазерный диод. Данные кодируются различными помехоустойчивыми кодами в приемопередатчике, затем модулируются лазерным излучением, фокусируются оптической системой в узкий компилированный луч и передаются в атмосферу. Приемник фокусирует оптический сигнал на лавинном фотодиоде, который преобразует оптический пучок в электрический сигнал, демодулирует его и преобразует в сигналы выходного интерфейса.

Суть работы лазерных систем связи аналогична волоконно-оптическим линиям связи, за исключением того, что луч передается через свободное пространство. Для лазерной связи важно, чтобы передатчик и приемник находились в пределах прямой видимости.[2]

Лазерная связь имеет множество преимуществ. Например:

1. Высокая скорость передачи данных: лазерная связь обеспечивает очень высокую скорость передачи данных в отличии от спутниковой, что особенно важно для авиационных систем, где требуется передача большого объема информации в реальном времени.
2. Надежность: лазерная связь обладает высокой стабильностью и помехозащищенностью, что позволяет обеспечить надежную связь даже в условиях сильных атмосферных помех или электромагнитных воздействий.
3. Большой диапазон передачи: лазерная связь может использоваться для передачи данных на большие расстояния без потери качества сигнала, что делает ее идеальным решением для связи между воздушными судами и наземными станциями.
4. Высокая точность и детализация: благодаря узкому лучу и высокой разрешающей способности лазера, можно достичь высокой точности и детализации передаваемой информации.[3]

Не смотря на все преимущества лазерной связи, есть и недостатки:

Одной из основных проблем лазерной связи являются атмосферные помехи, такие как дождь, снег, туман и другие факторы, которые могут ослабить или искажать сигнал. Для решения этой проблемы исследователи работают над разработкой адаптивных систем, способных компенсировать атмосферные помехи и поддерживать стабильное соединение.

Еще одной проблемой является безопасность использования лазерной связи, особенно при работе вблизи людей или воздушных судов. Для решения этой проблемы важно разрабатывать стандарты безопасности и использовать специальные методы, например, автоматическое отключение лазера при обнаружении препятствий.

Разработка и внедрение лазерных систем могут быть затратными. Для снижения затрат и повышения доступности технологии необходимо продолжать исследования в области оптимизации производства и использования более дешевых компонентов.

В связи с использованием лазерной связи в различных отраслях, возникают вопросы нормативного регулирования. Для решения этой проблемы необходимо разработать соответствующие стандарты и правила использования лазерных систем, чтобы обеспечить безопасность и эффективность их применения.[3]

Применение лазерной связи в гражданской авиации имеет широкий спектр применений, включая:

1. Беспилотные летательные аппараты (БПЛА): Лазерная связь играет важную роль в передаче данных между беспилотными летательными аппаратами и наземными станциями управления. Благодаря высокой скорости передачи данных и надежности связи, лазерная связь позволяет операторам эффективно управлять и контролировать действия БПЛА.
2. Системы навигации и коммуникации: Лазерная связь используется для обеспечения надежной связи между воздушными судами и наземными станциями в системах навигации и коммуникации. Это позволяет пилотам получать актуальную информацию о метеоусловиях, полетных маршрутах, аэродромах и других параметрах, необходимых для безопасного полета.
3. Обеспечение безопасности полетов: Лазерная связь может использоваться для передачи видео- и аудиоданных с бортовых камер и микрофонов на борту воздушных судов для обеспечения безопасности полетов. Это позволяет оперативно реагировать на любые чрезвычайные ситуации и обеспечивать безопасность пассажиров и экипажа.[4]

Перспективы применения лазерной связи в будущем в гражданской авиации выглядят очень обнадеживающе. С развитием технологий и увеличением спроса на воздушные перевозки, лазерная связь станет неотъемлемой частью авиационной инфраструктуры. Некоторые перспективы применения в будущем включают:

1. Улучшение систем управления воздушным движением: Лазерная связь позволит создать более точные и эффективные системы управления воздушным движением, что поможет сократить задержки в аэропортах, оптимизировать маршруты полетов и увеличить пропускную способность воздушного пространства.
2. Развитие автономных систем: С помощью лазерной связи можно создать более надежные и автономные системы управления самолетами, которые будут способны принимать решения на основе данных, полученных в реальном времени. Это повысит безопасность полетов и снизит зависимость от человеческого фактора.
3. Интеграция с другими технологиями: Лазерная связь может быть интегрирована с другими передовыми технологиями, такими как искусственный интеллект, дроны и блокчейн. Это создаст новые возможности для развития авиационной отрасли и повышения ее эффективности.
4. Экологическая эффективность: Использование лазерной связи позволит снизить энергопотребление и выбросы вредных веществ, что сделает авиаперевозки более экологически чистыми и устойчивыми.
5. Развитие международных воздушных сообщений: Благодаря возможности передачи данных на большие расстояния, лазерная связь способствует развитию международных воздушных сообщений и улучшению связи между различными регионами мира.[5]

Технологии лазерной связи являются важным направлением развития в области передачи данных и коммуникаций. Современные тенденции в развитии лазерной связи направлены на увеличение скорости передачи данных, повышение надежности и стабильности соединения, снижение энергопотребления и использование новых материалов и компонентов. Однако, существуют некоторые проблемы, такие как атмосферные помехи, безопасность, высокие затраты и нормативное регулирование, которые требуют дальнейших исследований и разработок для их решения.

Список литературы

1. Кузяков Б.А. Вопросы совершенствования открытых оптических линий связи для систем управления воздушным движением гражданской авиации // Научный вестник Московского государственного технического университета гражданской авиации. - 2009
2. Проектирование атмосферно-оптической линии связи между объектами А-Б-В. Расчет ветровой нагрузки на АМУ // Хабр URL: https://habr.com/ru/companies/stc_spb/articles/721490/ (дата обращения: 29.03.2024).
3. Лазерный интернет: как оптическая связь изменит всю авиацию // Frequentflyers.ru URL: https://www.frequentflyers.ru/2017/05/26/vialight/?ysclid=luel67i4l8946116861 (дата обращения: 29.03.2024).
4. Лазерная система посадки самолетов: как это работает // Ростех URL: https://rostec.ru/news/lazernaya-sistema-posadki-samoletov-kak-eto-rabotaet/ (дата обращения: 29.03.2024).
5. Перспективы развития авиационных лазерных комплексов США // Военное обозрение URL: https://topwar.ru/177792-shield-i-drugie-perspektivy-razvitija-aviacionnyh-lazernyh-kompleksov-ssha.html (дата обращения: 29.03.2024).