با توسعه سریع فناوری هوافضای تجاری، تقاضا برای سیستم های ارتباطی بین محفظه ها در فضاپیماهای تجاری روز به روز در حال افزایش است. این مقاله یک سیستم ارتباط لیزری با برد نزدیک با یک طراحی یکپارچه از ارتباطات کارآمد و ضد لرزش را پیشنهاد میکند، که به طور خاص با هدف ارتباط بین محفظهها در هوافضای تجاری است. این سیستم با چالشهایی مانند تغییر شکل عنصر نوری و کاهش پایداری مسیر نوری در شرایط-چند فرکانس-درجة{6}درجة-آزادی و-بالا{8}}ارتعاش فرکانس بالا، مواجه است. با اتخاذ طراحی مسیر نوری منحصر به فرد، زاویه واگرایی بزرگ و الگوریتمهای تطبیقی، تأثیر ارتعاش بر سیستم نوری را به طور مؤثری سرکوب میکند. نتایج تجربی نشان میدهد که زمانی که زاویه ارتعاش در محدوده ± 20 درجه باشد، جابجایی جانبی کمتر از 200 میلیمتر و جابجایی طولی کمتر از 10 میلیمتر است، کیفیت نقطه نوری و عملکرد ارتباطی همه الزامات طراحی را برآورده میکنند. تحقیق در این مقاله مبنای نظری و پشتیبانی فنی برای طراحی و اجرای سیستمهای ارتباطی لیزری بین محفظهها در هوافضای تجاری در محیطهای{15}}چند فرکانس-درجة{18}}از{18}}محیط ارتعاش جفت آزادی{18}}بالا ارائه میکند و برای بهبود قابلیت اطمینان فضاپیما در محیطهای فضایی بسیار اهمیت دارد.
با هدف حل مشکل پایداری ناکافی رابطهای مکانیکی سنتی در محیطهای شدید، یک سیستم ارتباط لیزری نزدیک-مناسب برای محیطهای ارتعاشی جفتشده چند-درجه-آزادی طراحی کنید. این سیستم در شرایط پیچیده مانند ارتعاش قوی از طریق طراحی نوری نوآورانه و انتخاب مواد به ارتباطات با قابلیت اطمینان بالا دست می یابد. به طور خاص، ارتباط لیزری بین محفظهها با افزایش زاویه واگرایی پرتو، تأثیر ارتعاش چند درجه--آزادی را بر کیفیت ارتباط کاهش میدهد. علاوه بر این، سیستم یک مکانیسم تنظیم نوری تطبیقی را معرفی میکند که میتواند در زمان واقعی انحرافات مسیر نوری ناشی از لرزش و تغییرات دما را جبران کند و پایداری ارتباط را بیشتر افزایش دهد.
از نظر طراحی نوری، این مقاله مسیر نوری سیستم ارتباط لیزری را بر اساس نرم افزار شبیه سازی نوری Zemax بهینه می کند. از طریق تجزیه و تحلیل شبیهسازی، محدوده زاویه واگرایی پرتو بهینه 0.5 درجه تا 1.5 درجه تعیین میشود و فاصله ارتباط را تضمین میکند و در عین حال تأثیر ارتعاش جفت شده در مسیر نوری را به حداقل میرساند. نتایج شبیهسازی نشان میدهد که وقتی زاویه واگرایی پرتو 2.0 درجه است، سیستم همچنان میتواند الزامات ارتباطی را در یک محیط شدید با فاصله ارتباطی 200 میلیمتر برآورده کند، و قطر نقطه نوری در 2 میلیمتر کنترل میشود و نیازهای تشخیص نوری انتهای گیرنده را برآورده میکند. علاوه بر این، شبیهسازی قوانین تغییرات پایداری مسیر نوری و توان دریافتی را تحت زوایای مختلف انحراف (۰ درجه تا ۵ درجه) و افستهای عمودی (۰ میلیمتر تا ۱۰ میلیمتر) تأیید میکند. نتایج شبیهسازی نشان میدهد که وقتی زاویه افست 2 درجه است، فاصله مرکزی نقطه نوری کمتر از 0.5 میلیمتر است، و توان دریافتی تنها تقریباً 1.2 دسیبل کاهش مییابد، که نشان میدهد سیستم دارای قابلیت ضد{16}قویی است.
راستیآزمایی تجربی نشان میدهد که در شرایط شدید، زمانی که فاصله بین انتهای گیرنده و انتهای فرستنده از 200 میلیمتر تجاوز کند، توان گیرنده همچنان میتواند در -8.88dBm باقی بماند. علاوه بر این، هنگامی که افست زاویه به 20 درجه می رسد، حتی زمانی که فاصله ارتباطی بیش از 200 میلی متر باشد، توان دریافت کننده در انتهای گیرنده همچنان می تواند -10.61dBm را حفظ کند. مهمتر از آن، زمانی که فاصله ارتباط، زاویه انحراف و افست عمودی به موقعیتهای شدید خود میرسند، توان دریافتی در انتهای گیرنده همچنان میتواند در عرض 5 دقیقه بالاتر از -10.84dBm باقی بماند و به ارتباط بدون خطا دست یابد و کاملاً الزامات طراحی را برآورده کند. این عملکرد به بهینه سازی جامع در طراحی نوری، انتخاب مواد و فناوری کنترل حرارتی سیستم نسبت داده می شود.
در خاتمه، طراحی یک سیستم ارتباط لیزری با برد نزدیک برای محیطهای ارتعاشی با چند این طرح پشتیبانی فنی و ارزش مرجع مهمی را برای کاربردهای ارتباط لیزری در صنایع هوافضا، اکتشافات عمیق دریا-و صنایع هسته ای در آینده فراهم می کند.