NASADemo technologiczne Deep Space Optical Communications osiągnęło kilka kluczowych kamieni milowych, których kulminacją było wysłanie sygnału do Mars„najdalsza odległość od Ziemi”.
Technologia komunikacji optycznej zastosowana na pokładzie statku kosmicznego Psyche należącego do NASA okazała się skuteczna na dystansach do 400 milionów mil, torując drogę przyszłej szybkiej transmisji danych w przestrzeni kosmicznej.
Rekordowa komunikacja laserowa
Demonstracja technologii głębokiej kosmicznej komunikacji optycznej NASA ustanowiła tego lata nowy rekord komunikacji laserowej, przesyłając sygnał laserowy z Ziemi do statku kosmicznego Psyche oddalonego o około 460 milionów kilometrów. To taka sama odległość między naszą planetą a Marsem, gdy obie planety są od siebie najbardziej oddalone.
Wkrótce po osiągnięciu tego kamienia milowego 29 lipca demonstracyjna technologia pomyślnie zakończyła początkową fazę swoich działań, która rozpoczęła się wraz z wystrzeleniem na pokład Psyche 13 października 2023 r.
Wkrótce po osiągnięciu tego kamienia milowego 29 lipca demonstracja technologii zakończyła pierwszą fazę działań od wystrzelenia na pokładzie Psyche 13 października 2023 r.
„Kamień milowy jest znaczący. Komunikacja laserowa wymaga bardzo wysokiego poziomu precyzji, a zanim wystartowaliśmy z Psyche, nie wiedzieliśmy, jak duży spadek wydajności zaobserwujemy przy najdalszych odległościach” – powiedziała Meera Srinivasan, kierownik operacyjny projektu w Laboratorium Napędów Odrzutowych NASA na południu Kalifornia. „Teraz zweryfikowano techniki, których używamy do śledzenia i wskazywania punktów, potwierdzając, że komunikacja optyczna może być solidnym i rewolucyjnym sposobem badania Układu Słonecznego”.
Postęp w technologii kosmicznej
Zarządzane przez JPLeksperyment dotyczący głębokiej komunikacji optycznej w przestrzeni kosmicznej składa się z pokładowego laserowego nadajnika-odbiornika i dwóch stacji naziemnych. Historyczny teleskop Hale’a o średnicy 200 cali (5 metrów) należący do Caltech w Obserwatorium Palomar w hrabstwie San Diego w Kalifornii pełni funkcję stacji łącza w dół, do której transceiver laserowy wysyła dane z głębokiego kosmosu. Laboratorium Teleskopu Komunikacji Optycznej w ośrodku JPL Table Mountain niedaleko Wrightwood w Kalifornii pełni funkcję stacji łącza zwrotnego, zdolnej do przesyłania 7 kilowatów mocy lasera w celu przesłania danych do transceivera.
Przesyłając dane z szybkością do 100 razy większą niż częstotliwości radiowe, lasery mogą umożliwić przesyłanie złożonych informacji naukowych, a także obrazów i filmów w wysokiej rozdzielczości, które są potrzebne do wsparcia kolejnego gigantycznego skoku ludzkości, kiedy astronauci podróżują na Marsa i poza nią.
Jeśli chodzi o statek kosmiczny, Psyche pozostaje zdrowy i stabilny, wykorzystując napęd jonowy do przyspieszania w kierunku bogatej w metal asteroidy w głównym pasie asteroid pomiędzy Marsem a Marsem. Jupiter.
Dane pochodzące z demonstracji technologii są przesyłane do i z Psyche w postaci bitów zakodowanych w świetle bliskiej podczerwieni, które ma wyższą częstotliwość niż fale radiowe. Ta wyższa częstotliwość umożliwia upakowanie większej ilości danych w transmisji, co pozwala na znacznie wyższe szybkości przesyłania danych.
Nawet gdy Psyche znajdowała się w odległości około 33 milionów mil (53 milionów kilometrów) – co jest porównywalne z najbliższym podejściem Marsa do Ziemi – demonstracja technologii mogła przesyłać dane z maksymalną szybkością systemu wynoszącą 267 megabitów na sekundę. Ta szybkość transmisji jest podobna do prędkości pobierania szerokopasmowego Internetu. W miarę oddalania się statku kosmicznego prędkość wysyłania i odbierania danych zmniejsza się, zgodnie z oczekiwaniami.
24 czerwca, kiedy Psyche znajdowała się w odległości około 240 milionów mil (390 milionów kilometrów) od Ziemi — czyli ponad 2,5 razy więcej niż odległość między naszą planetą a Słońcem — w ramach projektu osiągnięto stałą szybkość transmisji danych w łączu pobierającym wynoszącą 6,25 megabitów na sekundę, przy maksymalnej szybkości wynoszącej 8,3 megabitów na sekundę. Chociaż szybkość ta jest znacznie niższa niż maksymalna wartość eksperymentu, jest znacznie wyższa niż to, co może osiągnąć na takim dystansie system komunikacji radiowej wykorzystujący porównywalną moc.
Celem Deep Space Optical Communications jest zademonstrowanie technologii, która może niezawodnie przesyłać dane z większymi prędkościami niż inne technologie komunikacji kosmicznej, takie jak systemy częstotliwości radiowej. Chcąc osiągnąć ten cel, uczestnicy projektu mieli okazję przetestować unikalne zbiory danych, takie jak dzieła sztuki i wideo w wysokiej rozdzielczości, wraz z danymi inżynieryjnymi ze statku kosmicznego Psyche. Na przykład jedno łącze w dół zawierało cyfrowe wersje „Inspirowane psychiką”, zdjęcia zwierząt domowych zespołu i 45-sekundowy film w ultrawysokiej rozdzielczości, który fałszuje wzorce testów telewizyjnych z poprzedniego stulecia i przedstawia sceny z Ziemi i kosmosu.
W ramach demonstracji technologii wyemitowano z kosmosu pierwszy film w ultrawysokiej rozdzielczości, przedstawiający kota o imieniu Taters, ze statku kosmicznego Psyche na Ziemię 11 grudnia 2023 r. z odległości 30 milionów mil. (Grafiki, obrazy i filmy zostały przesłane do Psyche i zapisane w jej pamięci przed uruchomieniem).
„Kluczowym celem systemu było udowodnienie, że redukcja szybkości transmisji danych jest proporcjonalna do odwrotność kwadratu odległości”, powiedział Abi Biswas, technolog projektu demonstracji technologii w JPL. „Osiągnęliśmy ten cel i przesłaliśmy ogromne ilości danych testowych do i ze statku kosmicznego Psyche za pomocą lasera”. W pierwszej fazie demonstracji przesłano prawie 11 terabajtów danych.
Transceiver pokładowy został wyłączony i zostanie ponownie włączony 4 listopada. To działanie udowodni, że sprzęt pokładowy może działać przez co najmniej rok.
„Włączymy pokładowy nadajnik-odbiornik laserowy i przeprowadzimy krótką kontrolę jego funkcjonalności” – powiedział Ken Andrews, kierownik ds. operacji lotniczych projektu w JPL. „Kiedy już to osiągniemy, będziemy mogli z niecierpliwością oczekiwać wykorzystania transiwera przy jego pełnych możliwościach projektowych w fazie po koniunkcji, która rozpocznie się w dalszej części roku”.
Ta demonstracja jest najnowszym z serii eksperymentów w zakresie komunikacji optycznej finansowanych przez program misji demonstracyjnych technologii Dyrekcji Misji Technologii Kosmicznych, zarządzany w Centrum Lotów Kosmicznych Marshalla w Huntsville w stanie Alabama oraz w ramach programu SCaN (Kosmiczna komunikacja i nawigacja) tej agencji w przestrzeni kosmicznej. Dyrekcja Misji Operacyjnych. Rozwój lotniczego transceivera laserowego wspierany jest przez: MIT Lincoln Laboratory, L3 Harris, CACI, First Mode i Controlled Dynamics Inc. Partnerzy, tacy jak Fibertek, Coherent, Caltech Optical Observatories i Dotfast obsługują systemy naziemne. Ponadto część technologii została opracowana w ramach programu badawczego NASA dotyczącego innowacji w małych przedsiębiorstwach.
