NASA úspešne experimentuje s optickými anténami a otvára novú kapitolu laserovej komunikácie v hlbokom vesmíre

Nedávno NASA oznámila, že hybridná anténa v jej Deep Space Network (DSN) úspešne sledovala a dekódovala blízke infračervené laserové signály z „prozaickej“ kozmickej lode.
Táto experimentálna anténa má nielen schopnosť prijímať RF signály, ale úspešne zrealizovala aj príjem a spracovanie optických signálov, čo poskytuje nové možnosti pre rozvoj technológie laserovej komunikácie hlbokého vesmíru.
V tomto experimente sa anténa úspešne zablokovala na RF a blízko infračervené laserové signály vysielané kozmickou loďou Psyker počas letu hlboko vo vesmíre, čo demonštruje potenciál obrovskej parabolickej antény DSN na prechod na optickú / laserovú komunikáciu. Tento prechod nielen rozšíri prieskum vesmíru, ale poskytne aj robustnejšiu podporu pre hlboké vesmírne siete s rastom sieťových požiadaviek.
Hybridná anténa s názvom Deep Space Station 13 sa nachádza v Goldstone Deep Space Communications Center neďaleko Barstow v Kalifornii. Od novembra 2023 sleduje downlink lasery pre demonštráciu technológie NASA Deep Space Optical Communications (DSOC). Lietajúci laserový transceiver pre túto technologickú demonštráciu je na palube agentúry, ktorá 13. októbra 2023 vypustí kozmickú loď Psyker.
Programy DSN, DSOC a Psyche sú riadené Laboratóriom prúdového pohonu NASA (JPL) v južnej Kalifornii. "Krátko po spustení demonštrácie technológie sa naša hybridná anténa úspešne a spoľahlivo pripojila k downlinku DSOC a zachytila ​​rádiofrekvenčný signál Psyche. Toto je míľnik pre našu prvú synchronizovanú rádiovú a optickú komunikáciu v hlbokom vesmíre."
Na konci roku 2023 hybridná anténa stiahla údaje z kozmickej lode Pursek, ktorá je vzdialená 20 miliónov míľ (32 miliónov kilometrov), rýchlosťou 15,63 megabitov za sekundu, čo je asi 40-krát rýchlejšie ako rádiofrekvenčná komunikácia na Zemi. rovnakú vzdialenosť. Do 1. januára 2024 anténa úspešne stiahla ďalšiu tímovú fotografiu, ktorá bola nahraná do DSOC pred spustením Psykera.
Špecifické mechanizmy
Na umožnenie detekcie laserových fotónov je vo vnútri hybridnej antény namontovaných sedem ultrapresných segmentovaných zrkadiel. Tieto zrkadlá napodobňujú apertúru 3.3-stopového (1-metrového) apertúrneho teleskopu, a keď laserové fotóny dosiahnu anténu, každé zrkadlo fotóny odrazí a presmeruje ich na vysokú vzdialenosť. expozičná kamera. Laserové signály zozbierané kamerou sa potom prenášajú cez vláknovú optiku do kryogénne chladeného polovodičového nanodrôtového jednofotónového detektora, ktorý bol navrhnutý a skonštruovaný Laboratóriom mikrozariadení v Laboratóriu prúdového pohonu (JPL).
Barzia Tehrani, zástupkyňa manažéra a manažérka dodávky spoločnosti JPL pre hybridné anténne komunikačné uzemňovacie systémy, povedala: „Toto je vysoko kompatibilný optický systém postavený na 34-metrovej flexibilnej štruktúre. Používame systém zrkadiel, presných senzorov a kamier na aktívne zarovnajte a nasmerujte laserové svetlo z hlbokého vesmíru do optického vlákna, ktoré dosiahne detektor."
Prezradil tiež, že tím dúfa, že anténa bude v budúcnosti schopná detekovať laserové signály vychádzajúce z Marsu v jeho najvzdialenejšom bode od Zeme (2,5-násobok vzdialenosti od Slnka k Zemi). Psyker dosiahne túto vzdialenosť v júni, keď cestuje do hlavného pásu asteroidov medzi Marsom a Jupiterom, aby preskúmal asteroid Psyker bohatý na kovy.
Sedemsegmentové zrkadlo na anténe je dôkazom konceptu, ktorý v budúcnosti umožní použitie oveľa väčšieho a výkonnejšieho 64-segmentového zrkadla – ekvivalentu 26-stopy ({{ 6}}meter) apertúrny ďalekohľad.
Infraštruktúrne riešenia
DSOC pripravuje pôdu pre komunikáciu s vyššou rýchlosťou dát, ktorá je schopná prenášať zložité vedecké informácie, video a snímky vo vysokom rozlíšení na podporu ďalšieho obrovského skoku ľudstva: vyslania ľudí na Mars. Nedávna demonštrácia technológie úspešne preniesla prvé video s ultravysokým rozlíšením z vesmíru rekordnou bitovou rýchlosťou, čo znamená veľký prelom v komunikácii v hlbokom vesmíre.
DSN (Deep Space Network) má 14 lokalít po celom svete, ktoré sa nachádzajú v Kalifornii, Madride a Canberre v Austrálii. Tieto hybridné antény sú schopné prijímať veľké množstvá údajov pomocou optickej komunikácie doplnenej o rádiové frekvencie na príjem údajov s menšou šírkou pásma, ako sú telemetrické údaje (vrátane informácií o zdraví a polohe kozmickej lode).