Un team di ingegneri del Laboratorio di fisica applicata della Johns Hopkins University (APL), in alloro, Maryland, ha dimostrato con successo un'elevata larghezza di banda, sistema di comunicazione ottico in spazio libero (FSO) tra due navi in ​​movimento, dimostrando l'utilità operativa della tecnologia FSO nell'ambiente marittimo.

Juan Juarez, il responsabile tecnico per il team che sviluppa la tecnologia, ha affermato che APL è la prima organizzazione a gestire con successo una capacità di comunicazione ottica così elevata, fino a 10 gigabit al secondo, in movimento, a bordo di navi in ​​mare, e in ambienti vicini alla costa impegnativi.

"Abbiamo dimostrato larghezze di banda che erano diversi ordini di grandezza superiori a tutte le attuali capacità di comunicazione a radiofrequenza [RF] sulle navi della Marina, e a distanze maggiori rispetto alla tecnologia FSO precedentemente dimostrata per applicazioni marittime, " ha detto Juarez. "Questo è l'equivalente di avere fino a 2, 000 utenti che guardano contemporaneamente flussi video ad alta definizione attraverso il collegamento ottico."

Il laboratorio ha dimostrato il suo ultimo sistema con fattore di forma compatto al Trident Warrior Exercise 2017, un evento annuale in cui i marinai provano le più recenti innovazioni nei sistemi di guerra navale e forniscono feedback su tali sistemi a comandanti e sviluppatori.

Rimanere in contatto

Le navi della marina in genere utilizzano sistemi RF per comunicare, ma la Marina cerca anche mezzi di comunicazione alternativi nel caso, per tecnici, ragioni operative o ambientali, la trasmissione radio non è disponibile. "Le piattaforme navali hanno sempre più bisogno di operare efficacemente in condizioni di ridotta RF o di controllo delle emissioni, pur mantenendo il loro vantaggio tattico e la consapevolezza della situazione, " ha osservato Juarez.

I sistemi di comunicazione ottica nello spazio libero, che utilizzano la trasmissione wireless per fornire segnali di dati ottici a velocità di trasmissione elevate, offrono un'interessante capacità di comunicazione aggiuntiva alle comunicazioni RF e microonde convenzionali, fornendo velocità di dati elevate sicure al di fuori dello spettro RF convenzionale.

Esistono sistemi FSO commerciali ma in genere non rispondono alle esigenze di difesa, Juarez ha detto, "nello specifico in termini di mobilità del sistema, gamma di collegamenti, e velocità dei dati mentre si opera nell'ambiente terrestre altamente scintillante, specialmente vicino all'acqua." I sistemi dimostrativi FSO precedentemente costruiti per applicazioni di difesa terrestre sono stati troppo grandi, o mancava la mobilità, velocità di trasmissione dati, o gamme per essere pratici su piattaforme navali.

Per terra e per mare

Il sistema di APL supera molte di queste sfide. La prima settimana di test è stata nave-terra, dalla motonave (M/V) Merlin al largo di Base Navale Point Loma, San Diego, al parcheggio del quartier generale della 3a flotta. Il team ha raggiunto più di 14 ore di collegamento, anche durante i mari alti da 4 a 6 piedi; 1-2 gigabit di trasporto dati privo di errori a distanze superiori a 25 chilometri; comunicazioni vocali a più di 35 chilometri; messaggistica in chat fino a 45 chilometri, la linea di vista massima disponibile; e ripetibile, riacquisti semiautomatici su tutta la linea di mira.

Anche durante quella prima settimana, Viceammiraglio Nora Tyson, comandante della 3a flotta degli Stati Uniti, ha visitato il sito di test a terra ed è stato informato dal team di bordo sul collegamento ottico:la prima volta che un ammiraglio a tre stelle ha tenuto una teleconferenza video su un collegamento ottico.

"Le condizioni meteorologiche durante le due settimane di test sono state tipiche del "June Gloom" di San Diego e hanno offerto al team APL molte opportunità per dimostrare che la nostra tecnologia FSO può funzionare anche attraverso alcuni livelli di nebbia e foschia, " ha detto Juarez. "Mentre lo strato di nebbia era presente, sono stati realizzati collegamenti di oltre 10 chilometri, anche se la visibilità a volte è stata ridotta a 2-3 chilometri."

Durante la seconda settimana di test, il secondo set di hardware è stato installato a bordo della Sea Hunter, una nave senza pilota a percorso continuo autonomo (ACTUV) sviluppata dalla Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) e dall'Office of Naval Research. Il Sea Hunter è stato temporaneamente presidiato da un equipaggio di sei persone dello Space and Naval Warfare Command oltre al team di test APL per questa dimostrazione.

Collegamenti multipli tra le due navi sono stati raggiunti con onde da 3 a 5 piedi, oltre 10 chilometri di autonomia, con ACTUV Sea Hunter a 24 nodi e M/V Merlin a 12 nodi in una formazione a "V" che ha permesso alle navi di separarsi rapidamente l'una dall'altra, mantenendo i collegamenti a velocità e movimenti variabili.

"Nonostante i mari che facevano rotolare entrambe le navi con le onde, il collegamento è rimasto solido, " ha detto Juarez. L'attrezzatura dell'UST ha subito notevoli spruzzi di mare, e l'onnipresente nebbia dello strato marino di San Diego ha aggiunto un'ulteriore sfida ai collegamenti nave-nave. Ciò nonostante, Per la prima volta sono state raggiunte velocità di trasmissione dati fino a 7,5 gigabit su un collegamento tra due navi.

Tecnologia rivoluzionaria

compatto di APL, Il sistema dimostrativo mobile FSO è il culmine di oltre un decennio di risultati di laboratorio nel campo dell'ottica dello spazio libero.

L'APL ha guidato il DARPA Free Space Optical Experimental Network Experiment (FOENEX) di grande successo per testare sul campo sistemi di comunicazione a banda larga, integrazione di FSO e tecnologia a radiofrequenza in una rete aerea mesh. "Dopo FOENEX abbiamo deciso di investire nello sviluppo di un sistema per dimostrare che un compatto, sistema ottico per lo spazio libero potrebbe operare nell'ambiente navale altamente impegnativo, " Ha detto Juarez. "Come ha dimostrato APL in Trident Warrior 2017, La tecnologia FSO è finalmente possibile, tecnologia di comunicazione non RF per piattaforme della Marina degli Stati Uniti."

"Le prestazioni dimostrate dei sistemi di comunicazione laser di APL aprono varie potenziali applicazioni, " ha dichiarato Mike White, capo del settore della difesa missilistica e aerea di APL. "Non vediamo l'ora di lavorare con sponsor e combattenti per sviluppare ulteriormente questa tecnologia rivoluzionaria".