NASA приймає лазерний зв'язок з відстані понад 140 мільйонів миль

НАСАЕксперимент Deep Space Optical Communications Experiment також вперше взаємодіяв із системою зв’язку космічного корабля Psyche, передаючи інженерні дані назад на Землю.

На борту космічного корабля NASA Psyche демонстрація технології оптичного зв’язку в дальньому космосі продовжує бити рекорди. Хоча космічний корабель, що летить на астероїд, не покладається на оптичний зв’язок для надсилання даних, нова технологія довела, що справляється із завданням. Після взаємодії з радіочастотним передавачем Психеї лазерний комунікаційний дисплей передав копію інженерних даних з відстані понад 140 мільйонів миль (226 мільйонів кілометрів), що еквівалентно півтора відстані між Землею та Сонцем.

Це досягнення дозволяє побачити, як космічні кораблі використовуватимуть оптичний зв’язок у майбутньому, забезпечуючи передачу складної наукової інформації з високою швидкістю, а також зображень і відео високої чіткості для підтримки наступного гігантського стрибка людства: відправки людей у ​​космос. Марс.

Ця візуалізація показує положення космічного корабля «Психея» 8 квітня, коли аеронавігаційний лазерний трансивер DSOC передавав дані зі швидкістю 25 мегабіт на секунду на відстані 140 мільйонів миль на станцію низхідної лінії зв’язку на Землі. Джерело зображення: NASA/JPL-Caltech

«Ми передали приблизно 10 хвилин дублікатів даних космічного корабля під час його прольоту 8 квітня», — сказала Міра Срінівасан, керівник проекту в Лабораторії реактивного руху NASA в Південній Каліфорнії. «До того часу ми передавали тестові та діагностичні дані з Psyche. Це є важливою віхою для проекту, показуючи, як оптичний зв’язок може взаємодіяти з системою радіочастотного зв’язку космічного корабля».

Технологія лазерного зв’язку в цій демонстрації розроблена для передачі даних із далекого космосу зі швидкістю в 10–100 разів швидшою, ніж сучасні радіочастотні системи, які сьогодні використовуються в місіях у глибокому космосі.

Після запуску 13 жовтня 2023 року космічний корабель залишається непошкодженим і стабільним під час своєї подорожі до головного поясу астероїдів між Марсом і Землею. Юпітер Щоб відвідати астероїд себе.

Перевищити очікування

Демонстрація оптичного зв’язку NASA показала, що він може передавати тестові дані з максимальною швидкістю 267 мегабіт на секунду (Мбіт/с) від лазера низхідної лінії зв’язку ближнього інфрачервоного діапазону лазерного трансивера — швидкість передачі даних подібна до швидкості завантаження через широкосмуговий Інтернет.

Це було досягнуто 11 грудня 2023 року, коли експеримент надіслав на Землю 15-секундне відео високої роздільної здатності з відстані 19 мільйонів миль (31 мільйон кілометрів, або приблизно у 80 разів більше відстані між Землею та Місяцем). Відео та інші дані тестування, включаючи цифрові версії з Університету штату Арізона Психологічно натхненний Ілюстрація була завантажена в авіаційний лазерний трансивер (див. зображення нижче) перед запуском Psyche минулого року.

Лазерний трансивер Deep Space Optical Communications (DSOC) демонструється в Лабораторії реактивного руху NASA в Південній Каліфорнії в квітні 2021 року, а потім його встановлюють у його квадратний корпус, який пізніше був інтегрований з космічним кораблем NASA Psyche. Трансивер складається з лазерного передавача ближнього інфрачервоного діапазону для надсилання високошвидкісних даних на Землю та чутливої ​​камери для підрахунку фотонів для отримання низькошвидкісних даних, надісланих із Землі. Трансивер встановлено на набір опор і приводів, показаних на цьому зображенні, які стабілізують оптику від коливань космічного корабля. Джерело зображення: NASA/JPL-Caltech

Тепер, коли космічний корабель знаходиться більш ніж у сім разів далі, швидкість, з якою він може надсилати та отримувати дані, як і очікувалося, знизилася. Під час випробування 8 квітня космічний корабель передавав тестові дані з максимальною швидкістю 25 Мбіт/с, що значно перевищує мету проекту — довести, що на такій відстані можна досягти принаймні 1 Мбіт/с.

Команда проекту також наказала трансиверу оптично передавати дані, згенеровані Psyche. У той час як Психея передавав дані через свій радіочастотний канал до Deep Space Network (DSN) NASA, система оптичного зв’язку одночасно передавала частину тих самих даних до телескопа Хейла в Паломарській обсерваторії Каліфорнійського технологічного інституту в окрузі Сан-Дієго, штат Каліфорнія. демонстрація технології земної станції низхідної лінії зв'язку.

«Отримавши дані від DSN і Palomar, ми візуально перевірили відповідні дані Лабораторія реактивного руху— сказав Кен Ендрюс, керівник проекту польотів у JPL. «За короткий проміжок часу було передано невелику кількість даних, але той факт, що ми робимо це зараз, перевершив усі наші очікування».

Розваги з лазерами

Після запуску Psyche демонстрація оптичного зв’язку спочатку використовувалася для зв’язування попередньо завантажених даних, у тому числі даних Відео про кота Тейтера. Відтоді проект довів, що трансивер може отримувати дані від… Високопотужний лазер висхідної лінії зв'язку На заводі Столової гори JPL поблизу Райтвуда, Каліфорнія. Дані також можна надсилати на трансивер, а потім з’єднувати назад із Землею тієї ж ночі, як проект продемонстрував у недавньому «експерименті трансформації».

Цей експеримент передавав тестові дані, а також цифрові фотографії домашніх тварин, до Психеї та назад, подорож туди й назад довжиною до 280 мільйонів миль (450 мільйонів кілометрів). Він також передав велику кількість інженерних даних для демонстрації технології вивчення властивостей оптичного каналу зв’язку.

«Ми багато чого дізналися про те, як далеко ми можемо просунути систему, коли у нас буде чисте небо Бурі «Вони час від часу припиняли роботу як на Столовій горі, так і на Паломарі», — сказав Райан Рогалін, керівник проекту з електроніки приймачів у JPL. (У той час як радіочастотний зв’язок може працювати за більшості погодних умов, оптичний зв’язок потребує відносно ясного неба для передачі даних із високою пропускною здатністю.)

Станція глибокого космосу 13 у Голдстоунському комплексі НАСА в Каліфорнії — це частина мережі глибокого космосу агентства — це експериментальна антена, модернізована оптичною станцією. Спочатку це підтвердження концепції приймало радіочастотні та лазерні сигнали з далекого космосу одночасно. Джерело зображення: NASA/JPL-Caltech

Нещодавно JPL провела експеримент із поєднання Palomar, експериментальної радіочастотної оптичної антени в комплексі зв’язку в глибокому космосі Голдстоуна DSN у Барстоу, штат Каліфорнія, і детектора на Столовій горі для отримання однакового сигналу разом. «Компонування» кількох наземних станцій для імітації одного великого приймача може допомогти посилити сигнал далекого космосу. Ця стратегія також може бути корисною, якщо наземна станція змушена вийти з мережі через погодні умови; Інші станції все ще можуть приймати сигнал.

Детальніше про місію

Ця демонстрація, керована JPL, є останньою в серії експериментів з оптичним зв’язком, які фінансуються програмою NASA з демонстраційної місії технологій (TDM) і програмою агентства SCaN (космічний зв’язок і навігація) в рамках Управління місій космічних операцій. Розробка авіаційного лазерного трансивера підтримується Массачусетський технологічний інститут Lincoln Laboratory, L3 Harris, CACI, First Mode, Controlled Dynamics Inc., Fibretek, Coherent і Dotfast підтримують наземні системи. Деякі з цих технологій були розроблені в рамках Програми дослідження інновацій малого бізнесу NASA.

Університет штату Арізона очолює місію Psyche. JPL відповідає за загальне управління місією, розробку системи, інтеграцію та тестування, а також операції місії. «Психея» — це 14-та місія, обрана в рамках Програми досліджень NASA під керівництвом Директорату наукових місій, яким керує Центр космічних польотів Маршалла в Хантсвіллі, штат Алабама. Службою запуску керувала програма NASA Launch Services, штаб-квартира якої розташована в космічному центрі Кеннеді у Флориді. Maxar Technologies надала шасі високоенергетичного сонячного електричного двигуна космічного корабля з Пало-Альто, Каліфорнія.