Επιβαίνοντας στο διαστημόπλοιο Psyche της NASA , η επίδειξη τεχνολογίας Deep Space Optical Communications του οργανισμού συνεχίζει να σπάει ρεκόρ. Ενώ το διαστημικό σκάφος που στρέφεται σε αστεροειδείς δεν βασίζεται σε οπτικές επικοινωνίες για την αποστολή δεδομένων, η νέα τεχνολογία έχει αποδείξει ότι είναι στο ύψος του στόχου. Μετά τη διασύνδεση με τον πομπό ραδιοσυχνοτήτων του Psyche, η επίδειξη επικοινωνιών λέιζερ έστειλε ένα αντίγραφο δεδομένων μηχανικής από πάνω από 140 εκατομμύρια μίλια (226 εκατομμύρια χιλιόμετρα) μακριά, 1½ φορές την απόσταση μεταξύ Γης και Ήλιου.
Αυτό το επίτευγμα παρέχει μια ματιά στο πώς τα διαστημόπλοια θα μπορούσαν να χρησιμοποιούν οπτικές επικοινωνίες στο μέλλον, επιτρέποντας επικοινωνίες σύνθετων επιστημονικών πληροφοριών με υψηλότερο ρυθμό δεδομένων καθώς και εικόνες και βίντεο υψηλής ευκρίνειας για την υποστήριξη του επόμενου γιγαντιαίου άλματος της ανθρωπότητας: την αποστολή ανθρώπων στον Άρη .
«Αποσυνδέσαμε περίπου 10 λεπτά διπλών δεδομένων διαστημικού σκάφους κατά τη διάρκεια ενός περάσματος στις 8 Απριλίου», είπε η Meera Srinivasan, επικεφαλής επιχειρήσεων του έργου στο Εργαστήριο Jet Propulsion της NASA στη Νότια Καλιφόρνια. «Μέχρι τότε, στέλναμε δεδομένα δοκιμών και διαγνωστικών στους κατερχόμενους συνδέσμους μας από το Psyche. Αυτό αντιπροσωπεύει ένα σημαντικό ορόσημο για το έργο, δείχνοντας πώς οι οπτικές επικοινωνίες μπορούν να διασυνδέονται με το σύστημα επικοινωνίας ραδιοσυχνοτήτων ενός διαστημικού σκάφους».
Η τεχνολογία επικοινωνιών λέιζερ σε αυτήν την επίδειξη έχει σχεδιαστεί για να μεταδίδει δεδομένα από το βαθύ διάστημα με ρυθμούς 10 έως 100 φορές ταχύτερα από τα υπερσύγχρονα συστήματα ραδιοσυχνοτήτων που χρησιμοποιούνται σήμερα από αποστολές στο βαθύ διάστημα.
Μετά την εκτόξευση στις 13 Οκτωβρίου 2023, το διαστημόπλοιο παραμένει υγιές και σταθερό καθώς ταξιδεύει στην κύρια ζώνη αστεροειδών μεταξύ του Άρη και του Δία για να επισκεφθεί τον αστεροειδή Ψυχή.
Η επίδειξη οπτικών επικοινωνιών της NASA έδειξε ότι μπορεί να μεταδίδει δεδομένα δοκιμής με μέγιστο ρυθμό 267 megabits ανά δευτερόλεπτο (Mbps) από το λέιζερ εγγύς υπέρυθρης κατερχόμενης ζεύξης του πομποδέκτη λέιζερ πτήσης — ρυθμός bit συγκρίσιμος με ταχύτητες λήψης ευρυζωνικού Διαδικτύου.
Αυτό επιτεύχθηκε στις 11 Δεκεμβρίου 2023, όταν το πείραμα μετέδωσε ένα βίντεο 15 δευτερολέπτων εξαιρετικά υψηλής ευκρίνειας στη Γη από 19 εκατομμύρια μίλια μακριά (31 εκατομμύρια χιλιόμετρα, ή περίπου 80 φορές την απόσταση Γης-Σελήνης). Το βίντεο, μαζί με άλλα δεδομένα δοκιμών, συμπεριλαμβανομένων των ψηφιακών εκδόσεων του έργου τέχνης Psyche Inspired του Πανεπιστημίου της Αριζόνα , είχαν φορτωθεί στον πομποδέκτη λέιζερ πτήσης (δείτε την εικόνα παρακάτω) πριν από την κυκλοφορία του Psyche πέρυσι.
Ο πομποδέκτης λέιζερ πτήσης της επίδειξης τεχνολογίας Deep Space Optical Communications (DSOC) εμφανίζεται στο Jet Propulsion Laboratory της NASA στη Νότια Καλιφόρνια τον Απρίλιο του 2021, προτού εγκατασταθεί μέσα στο κουτί του που ενσωματώθηκε αργότερα με το διαστημόπλοιο Psyche της NASA. Ο πομποδέκτης αποτελείται από έναν πομπό λέιζερ εγγύς υπέρυθρη για την αποστολή δεδομένων υψηλής ταχύτητας στη Γη και μια ευαίσθητη κάμερα μέτρησης φωτονίων για τη λήψη δεδομένων χαμηλής ταχύτητας που μεταδίδονται από το έδαφος. Ο πομποδέκτης είναι τοποθετημένος σε ένα σύνολο αντηρίδων και ενεργοποιητών – που φαίνονται σε αυτή τη φωτογραφία – που σταθεροποιεί την οπτική από τις δονήσεις του διαστημικού σκάφους.
Τώρα που το διαστημόπλοιο βρίσκεται πάνω από επτά φορές πιο μακριά, ο ρυθμός με τον οποίο μπορεί να στέλνει και να λαμβάνει δεδομένα μειώνεται, όπως αναμενόταν. Κατά τη διάρκεια της δοκιμής της 8ης Απριλίου, το διαστημόπλοιο μετέδωσε δεδομένα δοκιμής με μέγιστο ρυθμό 25 Mbps, που ξεπερνά κατά πολύ τον στόχο του έργου να αποδείξει ότι τουλάχιστον 1 Mbps ήταν δυνατό σε αυτή την απόσταση.
Η ομάδα του έργου έδωσε επίσης εντολή στον πομποδέκτη να μεταδώσει οπτικά δεδομένα που δημιουργήθηκαν από την Ψυχή. Ενώ η Psyche μετέδιδε δεδομένα μέσω του καναλιού ραδιοσυχνοτήτων της στο Deep Space Network (DSN) της NASA, το σύστημα οπτικών επικοινωνιών μετέδωσε ταυτόχρονα ένα μέρος των ίδιων δεδομένων στο τηλεσκόπιο Hale στο Παρατηρητήριο Palomar του Caltech στην κομητεία Σαν Ντιέγκο, Καλιφόρνια — το κύριο demo της τεχνολογίας επίγειος σταθμός κατερχόμενης ζεύξης.
«Μετά τη λήψη των δεδομένων από το DSN και το Palomar, επαληθεύσαμε τα οπτικά κατεβασμένα δεδομένα στο JPL », δήλωσε ο Ken Andrews, επικεφαλής των πτητικών λειτουργιών του έργου στην JPL. «Ήταν ένας μικρός όγκος δεδομένων που αποσυνδέθηκαν σε σύντομο χρονικό διάστημα, αλλά το γεγονός ότι το κάνουμε αυτό τώρα έχει ξεπεράσει όλες τις προσδοκίες μας».
Διασκέδαση με λέιζερ
Μετά την κυκλοφορία του Psyche, η επίδειξη οπτικών επικοινωνιών χρησιμοποιήθηκε αρχικά για τη μείωση των προφορτωμένων δεδομένων, συμπεριλαμβανομένου του βίντεο Taters the cat . Έκτοτε, το έργο έχει αποδείξει ότι ο πομποδέκτης μπορεί να λάβει δεδομένα από το λέιζερ ανερχόμενης ζεύξης υψηλής ισχύος στην εγκατάσταση Table Mountain της JPL, κοντά στο Wrightwood της Καλιφόρνια. Τα δεδομένα μπορούν ακόμη και να σταλούν στον πομποδέκτη και στη συνέχεια να συνδεθούν πίσω στη Γη την ίδια νύχτα, όπως απέδειξε το έργο σε ένα πρόσφατο «πείραμα αναστροφής».
Αυτό το πείραμα μετέφερε δεδομένα δοκιμών – καθώς και ψηφιακές φωτογραφίες κατοικίδιων ζώων – στο Psyche και πάλι πίσω, ένα ταξίδι μετ’ επιστροφής έως και 280 εκατομμυρίων μιλίων (450 εκατομμυρίων χιλιομέτρων). Επίσης, κατέβασε μεγάλες ποσότητες από τα δεδομένα μηχανικής της δικής του τεχνολογικής επίδειξης για να μελετήσει τα χαρακτηριστικά της ζεύξης οπτικών επικοινωνιών.
«Έχουμε μάθει πολλά για το πόσο μακριά μπορούμε να σπρώξουμε το σύστημα όταν έχουμε καθαρό ουρανό, αν και οι καταιγίδες έχουν διακόψει τις λειτουργίες τόσο στο Table Mountain όσο και στο Palomar κατά καιρούς», δήλωσε ο Ryan Rogalin, επικεφαλής ηλεκτρονικών δεκτών του έργου στην JPL. (Ενώ οι επικοινωνίες ραδιοσυχνοτήτων μπορούν να λειτουργήσουν στις περισσότερες καιρικές συνθήκες, οι οπτικές επικοινωνίες απαιτούν σχετικά καθαρό ουρανό για τη μετάδοση δεδομένων υψηλού εύρους ζώνης.)
Ο Deep Space Station 13 στο συγκρότημα Goldstone της NASA στην Καλιφόρνια – μέρος του δικτύου Deep Space του οργανισμού – είναι μια πειραματική κεραία που έχει εκ των υστέρων εξοπλισμένο οπτικό τερματικό. Σε πρώτη φάση, αυτή η απόδειξη της ιδέας έλαβε ταυτόχρονα σήματα ραδιοσυχνοτήτων και λέιζερ από το βαθύ διάστημα.
Η JPL οδήγησε πρόσφατα ένα πείραμα για να συνδυάσει το Palomar, την πειραματική ραδιοσυχνότητα-οπτική κεραία στο Goldstone Deep Space Communications Complex του DSN στο Barstow της Καλιφόρνια και έναν ανιχνευτή στο Table Mountain για να λάβει το ίδιο σήμα σε συνεννόηση. Η «διάταξη» πολλών επίγειων σταθμών για τη μίμηση ενός μεγάλου δέκτη μπορεί να βοηθήσει στην ενίσχυση του σήματος του βαθέως διαστήματος. Αυτή η στρατηγική μπορεί επίσης να είναι χρήσιμη εάν ένας επίγειος σταθμός είναι αναγκασμένος εκτός σύνδεσης λόγω καιρικών συνθηκών. άλλοι σταθμοί μπορούν ακόμα να λαμβάνουν το σήμα.
Περισσότερα για την αποστολή
Με τη διαχείριση της JPL, αυτή η επίδειξη είναι η πιο πρόσφατη σε μια σειρά πειραμάτων οπτικής επικοινωνίας που χρηματοδοτούνται από το πρόγραμμα Technology Demonstration Missions (TDM) στο πλαίσιο της Διεύθυνσης Αποστολής Διαστημικής Τεχνολογίας της NASA και του προγράμματος SCaN (Space Communications and Navigation) της υπηρεσίας στο πλαίσιο της Διεύθυνσης Διαστημικών Επιχειρήσεων. Η ανάπτυξη του πομποδέκτη λέιζερ πτήσης υποστηρίζεται από τα MIT Lincoln Laboratory, L3 Harris, CACI, First Mode και Controlled Dynamics Inc. και τα Fibertek, Coherent και Dotfast υποστηρίζουν τα επίγεια συστήματα. Μέρος της τεχνολογίας αναπτύχθηκε μέσω του προγράμματος Small Business Innovation Research της NASA.
Το Πανεπιστήμιο της Αριζόνα ηγείται της αποστολής Psyche. Η JPL είναι υπεύθυνη για τη συνολική διαχείριση της αποστολής, τη μηχανική του συστήματος, την ολοκλήρωση και τις δοκιμές και τις λειτουργίες της αποστολής. Το Psyche είναι η 14η αποστολή που επιλέχθηκε ως μέρος του Προγράμματος Ανακάλυψης της NASA στο πλαίσιο της Διεύθυνσης Επιστημονικής Αποστολής, που διαχειρίζεται το Κέντρο Διαστημικών Πτήσεων Marshall του οργανισμού στο Χάντσβιλ της Αλαμπάμα. Το Πρόγραμμα Υπηρεσιών Εκτόξευσης της NASA, που εδρεύει στο Διαστημικό Κέντρο Κένεντι της υπηρεσίας στη Φλόριντα, διαχειριζόταν την υπηρεσία εκτόξευσης. Η Maxar Technologies παρείχε το σασί διαστημικού σκάφους ηλιακής ηλεκτρικής πρόωσης υψηλής ισχύος από το Πάλο Άλτο της Καλιφόρνια.
photo: pixabay
