Gondolatok az űrkorszakról

Méret: px

Mutatás kezdődik a ... oldaltól:

Download "Gondolatok az űrkorszakról"

Benedek Mészáros
7 évvel ezelőtt
Látták:

Gondolatok az űrkorszakról Képtelenség a Holdra lőni, mert a leghevesebb

AZ ŰRTÁVKÖZLÉSBEN Kvantum-informatika és kommunikáció Az űrkutatás merő humbug

s a Földön lévő bajokat 2011. április 1.

Eljön az idő, amikor olyan szerkezetet építünk, amellyel madarak módjára

(Roger Bacon) A Föld az emberiség bölcsője, de nem maradhatunk örökké bölcsőben

Ciolkovszkij) Gondolatok az űrkorszakról A dongó fizikailag nem lenne képes

(Mary Kay Ash) Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem 3 Budapesti

1 Gondolatok az űrkorszakról Képtelenség a Holdra lőni, mert a leghevesebb robbanóanyag sem tud akkorát lőni, hogy eljusson a Holdra KVANTUMKOMMUNIKÁCIÓ AZ ŰRTÁVKÖZLÉSBEN Kvantum-informatika és kommunikáció Az űrkutatás merő humbug Erkölcsi jogunk csak akkor lesz a világűrbe menni, ha megállítottuk az éhezést s a Földön lévő bajokat április 1., Budapest Bacsárdi László doktorjelölt BME Híradástechnikai Tanszék bacsardi@hit.bme.hu Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem 2 Gondolatok az űrkorszakról Eljön az idő, amikor olyan szerkezetet építünk, amellyel madarak módjára repülünk keresztül az égbolton, miközben nyugodtan olvashatunk. (Roger Bacon) A Föld az emberiség bölcsője, de nem maradhatunk örökké bölcsőben (K. E. Ciolkovszkij) Gondolatok az űrkorszakról A dongó fizikailag nem lenne képes repülni. De a dongó ezzel nincs tisztában, úgyhogy továbbra is repül. (Mary Kay Ash) Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem 3 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem 4 Az űrkoszak kezdetei Szptunyik október 4. Lajka kutya (Szputnyik-2) november 3. Gagarin repülése április 12. John Glenn repülése február 20. Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem 5 6 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem 6 1

Az űrkoszak kezdetei Explorer-1 (1958.02.01.) Pioneer-1 (1958.10.11.) Vanquard-1 (1958.03.01.) SCORE (1958.12.18.

: amerikai műholdon sikeres műholdátviteli kísérlet 1974.: Interkozmosz-12: fedélzeti elektronika fejlesztése 1980.

: Charles Simonyi űrutazása (rádióamatőr-kapcsolatok, PILLE) 2009.

Egyetem 7 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem 8 Jövő a jelen pillanatban Űrszemét A világűr semlegessége Visszatérés

Egyetem 9 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem 10 Űrtávközlés Űrhírközlés: a hírközlés része az űrrendszer (részben

2 Az űrkoszak kezdetei Explorer-1 ( ) Pioneer-1 ( ) Vanquard-1 ( ) SCORE ( ) Telstar-1 ( ) Intelsat-1A ( ) Magyar részvétel 1946.: Bay Zoltán-féle holdradar-kísérlet aug : amerikai műholdon sikeres műholdátviteli kísérlet 1974.: Interkozmosz-12: fedélzeti elektronika fejlesztése 1980.: Farkas Bertalan űrrepülése (Magyari Béla tartalékűrhajós) 2007.: Charles Simonyi űrutazása (rádióamatőr-kapcsolatok, PILLE) 2009.: Charles Simonyi második űrutazása (rádióamatőr-kapcsolatok, Simonyi-Pille 2 kísérlet) Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem 7 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem 8 Jövő a jelen pillanatban Űrszemét A világűr semlegessége Visszatérés a jövőbe (Holdra) Műholdpályák Műholdpályák LEO MEO GEO Emberes űrutazások Alkalmazások Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem 9 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem 10 Űrtávközlés Űrhírközlés: a hírközlés része az űrrendszer (részben vagy teljes egészében) Űrrendszer: űreszköz + a teljes apparátus aktív és passzív rendszerek Űrtávközlés Szolgáltatás Pont-pont Területi elosztó Globális hírközlés Műsorszóró rendszerek Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem 11 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem 12 2

Távközlési műholdak A távközlési műholdak Telekommunikáció segítése rádió- és mikrohullámú frekvenciákon Geoszinkron, geostacionárius, LEO Lézeres kommunikáció Késleltetések Kvantumkommunikáció

biztonsági problémák hatékony megoldását (pl.

száz kilométeres nagyságrend Föld görbülete is számít Alacsonypályás műholdas kommunikáció néhány száz km magasságban keringő műholdak, kódolás Műholdas műsorszórás 36.

3 Távközlési műholdak A távközlési műholdak Telekommunikáció segítése rádió- és mikrohullámú frekvenciákon Geoszinkron, geostacionárius, LEO Lézeres kommunikáció Késleltetések Kvantumkommunikáció Lehetővé teszi nagyobb sávszélesség elérését (effektív sávszélesség), amelyre az új nagy információkapacitású rendszereknek szüksége van a műholdas műsorszórás minőségének növelését különböző biztonsági problémák hatékony megoldását (pl. kriptográfia) A kommunikációt négy módon segítheti Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem 13 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem 14 Kvantumkommunikáció Nyílt légköri kommunikáció száz kilométeres nagyságrend Föld görbülete is számít Alacsonypályás műholdas kommunikáció néhány száz km magasságban keringő műholdak, kódolás Műholdas műsorszórás km magasan keringő műholdak 27 MHz-es jelet használunk a kódolásban (QPSK) egy szimbólum két bitet kódol - 55 Mbs Műhold-műhold kommunikáció Biztató jelek 1991 első megvalósítás, 30 cm-es távon laboratóriumi körülmények között: 205 méter külső körülmények között: 75 méter 1998 Los Alamos National Laboratory, 950 méteres táv, éjszakai körülmények 2002 ugyanez a kutatólaboratórium demonstrálta 10 kilométeres távon (9,81 km), nappali és éjjeli időszakban is km nemzetközi kutatócsoport 2011 folytatódó munka (NICT, QUEST) Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem 15 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem 16 Miért pont szabad légköri? Hogyan működik? Az optikai kábelek vesztességei miatt a kvantum csatorna maximális hossza néhány száz km A légköri vesztességek szintén befolyásolják a távolságot, azonban elegendő nagy távolság marad a műhold eléréséhez A világűrbeli vesztességek jóval alacsonyabbak, lehetővé téve nagy távolságú kvantum kommunikációt Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem 17 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem 18 3

A részletek Űr-űr kvantumkommunikáció modellezése Hogyan történhet a kommunikáció? Írjuk fel a veszteségeket! Nézzünk meg két protokoll!

kvantumkommunikáció modellezése Veszteségek Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem 21 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi

űrben nincs abszorpció, csak célzási hiba és nyalábszélesedés, emiatt egy elég nagy detektor elegendő jelet tud összegyűjteni Milyen nagy

4 A részletek Űr-űr kvantumkommunikáció modellezése Hogyan történhet a kommunikáció? Írjuk fel a veszteségeket! Nézzünk meg két protokoll! Galambos Máté (BME TTK) Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem 19 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem 20 Föld-űr kvantumkommunikáció modellezése Veszteségek Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem 21 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem 22 Szupersűrűségű kódolás, űr-űr (1) SZUPERSŰRŰSÉGŰ TÖMÖRÍTÉS Ha a bitek több mint a felét elveszítjük, nem hasznos a protokoll Az űrben nincs abszorpció, csak célzási hiba és nyalábszélesedés, emiatt egy elég nagy detektor elegendő jelet tud összegyűjteni Milyen nagy az elég nagy? Hullámhossz: 0.8 µm Célzási hiba: 0.5 µrad Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem 23 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem 24 4

Szupersűrűségű kódolás, űr-űr (2) Szupersűrűségű kódolás, űr-föld, Föld-űr (2) link hosszúság apertúra átmérő Optimum keresése, ahol a nyalábszélesedés a legkisebb Ez alapján a fogadó oldalon a

5 µrad Downlink Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem 25 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem 26 Szupersűrűségű kódolás, űr-föld, Föld-űr (3) Transzmittancia Orbit: 300 km

5 Szupersűrűségű kódolás, űr-űr (2) Szupersűrűségű kódolás, űr-föld, Föld-űr (2) link hosszúság apertúra átmérő Optimum keresése, ahol a nyalábszélesedés a legkisebb Ez alapján a fogadó oldalon a detektor tükörátmérője minimalizálható Transzmittancia Orbit: 300 km Visibility: clear 23 km, hazy 6 km Wavelength: 0.8 µm Alice s aperture size: 0.2 m Wavelength: 0.8 µm Pointing error: 0.5 µrad Downlink Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem 25 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem 26 Szupersűrűségű kódolás, űr-föld, Föld-űr (3) Transzmittancia Orbit: 300 km Visibility: clear 23 km, hazy 6 km Wavelength: 0.8 µm Alice s aperture size: 0.2 m BB84 Uplink Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem 27 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem 28 BB84 Protokoll BB84 QBER Orbit: 300 km; Visibility: clear 23 km, hazy 6 km; Wavelength: 0.8 µm; Alice s aperture size: 0.2 m; Downlink; p pol: 0.05; p dark: ; n: 4; µ: 0.1; η: 0.7 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem 29 Kvantumkommunikáció IAC 2010, Prague az űrtávközlésben Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem 30 5

6 BB84 Bitrate Összefoglalás (1) Orbit: 300 km; Visibility: clear 23 km, hazy 6 km; Wavelength: 0.8 µm; Alice s aperture size: 0.2 m; Downlink; µ: 0.1; η: 0.7; f pulse: 1 Mhz; jövőbeli szabadtéri kvantumcsatornán: légkör zavaró hatásának minimalizálása; a szabadtéri távolságok növelése (a jel megfelelő erősítése); megfelelő küldő- és vevőberendezések építése a sikeres kísérletek az űrtávközlésben fejlődést hozhatnak a szabadtéri modell működőképes az űrtávközlés történelmében ugyanolyan nagy váltást érhetünk el, mint amilyen az analóg technikáról digitális technikára történő átállás Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem 31 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem 32 Összefoglalás (2) Szupersűrűségű protokoll esetén Mély űri illetve uplink megoldások nem realizálhatóak A praktikus alkalmazások kistávolságú műhold-műhold illetve műhold-föld downlink irányú kommunikációban használhatóak BB84 vizsgálata downlink esetben Az eredményeink megmutatták, hogy LEO pályán lévő műholdak esetében még nagy zenitszög esetén is kb/s sebességgel lehetséges a kulcsszétosztás? KÖSZÖNÖM A FIGYELMET! Kérdések? Bacsárdi László doktorjelölt BME Híradástechnikai Tanszék bacsardi@hit.bme.hu Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem 33 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem 34 6

Hasonló dokumentumok

KVANTUMKOMMUNIKÁCIÓ AZ ŰRTÁVKÖZLÉSBEN

KVANTUMKOMMUNIKÁCIÓ AZ ŰRTÁVKÖZLÉSBEN Kvantum-informatika és kommunikáció 2011. április 1., Budapest Bacsárdi László doktorjelölt BME Híradástechnikai Tanszék bacsardi@hit.bme.hu Gondolatok az űrkorszakról