Демонстрационная программа НАСА Deep Space Optical Comm отправила и получила первые данные

DSOC, эксперимент, который может изменить способы связи космических кораблей, достиг «первого света», впервые отправив данные с помощью лазера на Луну и обратно.

Эксперимент НАСА по оптической связи в дальнем космосе (DSOC) позволил передать излучение ближнего инфракрасного диапазона. лазер закодированы тестовыми данными с расстояния почти 10 миллионов миль (16 миллионов километров) — примерно в 40 раз дальше, чем Луна от Земли — до телескопа Хейла в Паломарской обсерватории Калифорнийского технологического института в округе Сан-Диего, Калифорния. Это самая дальняя демонстрация оптической связи.

Находясь на борту недавно запущенного космического корабля Psyche, DSOC настроен на отправку тестовых данных с высокой пропускной способностью на Землю во время двухлетней демонстрации технологий, пока Psyche путешествует к главному поясу астероидов между Марсом и Юпитером. Лаборатория реактивного движения НАСА в Южной Калифорнии управляет как DSOC, так и Psyche.

Техническая демонстрация достигла «первого света» рано утром 14 ноября после того, как ее летный лазерный приемопередатчик — передовой инструмент на борту «Психеи», способный отправлять и принимать сигналы ближнего инфракрасного диапазона — был привязан к мощному лазерному маяку восходящей линии связи, передаваемому с оптического модуля. Лаборатория телекоммуникационных телескопов на базе Тейбл-Маунтин Лаборатории реактивного движения недалеко от Райтвуда, Калифорния.

Маяк восходящей линии связи помог трансиверу направить лазер нисходящей линии связи обратно на Паломар (который находится в 100 милях или 130 километрах к югу от Столовой горы). автоматизированные системы на трансивере и наземные станции доработал его наведение.

«Достижение первого света является одной из многих важных вех DSOC в ближайшие месяцы, прокладывая путь к более высокой скорости передачи данных, способной отправлять научная информацияизображения высокой четкости и потоковое видео в поддержку следующего гигантского скачка человечества: отправки людей на Марс», — сказала Труди Кортес, директор по демонстрациям технологий в штаб-квартире НАСА в Вашингтоне.

Тестовые данные также были отправлены одновременно через лазеры восходящей и нисходящей линии связи. Эта процедура, известная как «закрытие канала», является основной целью эксперимента. Хотя демонстрация технологии не передает данные миссии Psyche, она тесно сотрудничает с командой поддержки миссии Psyche, чтобы гарантировать, что операции DSOC не мешают работе космического корабля.

«Испытания во вторник утром были первыми, в которых были полностью задействованы наземные средства и полетный приемопередатчик, что потребовало от DSOC и операционных групп Psyche работать в тандеме», — сказала Мира Сринивасан, руководитель операций DSOC в JPL. «Это была серьезная задача, и нам предстоит еще много работы, но за короткое время мы смогли передавать, получать и декодировать некоторые данные».

Перед этим достижением проекту необходимо было проверить флажки на нескольких других этапах: от снятия защитной крышки с летного лазерного приемопередатчика до включения прибора. Тем временем космический корабль «Психея» проводит собственные проверки, в том числе активирует двигательные установки и тестирует инструменты, которые будут использоваться для изучения астероида «Психея», когда он прибудет туда в 2028 году.

Первый свет и первые кусочки

После успешного первого запуска команда DSOC теперь будет работать над усовершенствованием систем, которые контролируют наведение лазера нисходящей линии связи на борту трансивера.

Как только это будет достигнуто, проект может начать демонстрацию поддержки высокоскоростной передачи данных от приемопередатчика к Паломару на различных расстояниях от Земли. Эти данные принимают форму битов (наименьших единиц данных, которые может обработать компьютер), закодированных в фотонах лазера — квантовых частицах света.

После того, как специальная сверхпроводящая высокоэффективная детекторная матрица обнаруживает фотоны, используются новые методы обработки сигналов для извлечения данных из одиночных фотонов, поступающих на телескоп Хейла.

Целью эксперимента DSOC является демонстрация скорости передачи данных в 10–100 раз большей, чем у современных радиочастотных систем, используемых сегодня на космических кораблях.

И радио, и лазерная связь ближнего инфракрасного диапазона используют электромагнитные волны для передачи данных, но ближний инфракрасный свет упаковывает данные в значительно более узкие волны, что позволяет наземным станциям получать больше данных. Это поможет будущим исследовательским миссиям с участием человека и роботов, а также обеспечит поддержку научных инструментов с более высоким разрешением.

«Оптическая связь — это благо для ученых и исследователей, которые всегда хотят большего от своих технологий. космические миссии«Больше данных означает больше открытий».

Хотя оптическая связь была продемонстрирована на низкой околоземной орбите и на Луне, DSOC является первым испытанием в глубоком космосе. Это как использовать лазерную указку для отслеживания движущейся десятицентовой монеты на расстоянии в милю. лазерный луч расстояние в миллионы миль требует чрезвычайно точного «наведения».

Демонстрация также должна компенсировать время, необходимое свету для путешествия от космического корабля к Земле на огромные расстояния: на самом дальнем расстоянии Психеи от нашей планеты фотонам ближнего инфракрасного диапазона DSOC потребуется около 20 минут, чтобы добраться обратно (им потребовалось около 50 минут). секунд на путешествие от Психеи к Земле во время испытания 14 ноября). За это время и космический корабль, и планета сместятся, поэтому лазерам восходящей и нисходящей линии связи необходимо приспособиться к изменению местоположения.

«Достижение первого света — это огромное достижение. Наземные системы успешно обнаружили фотоны дальнего космоса, лазерные фотоны от приемопередатчика DSOC на борту Psyche», — сказал Аби Бисвас, технолог проекта DSOC в JPL. «И мы также смогли отправить некоторые данные, то есть мы смогли обмениваться «битами света» из глубокого космоса и в него».