Сеть дальнего космоса НАСА (DSN) отвечает за поддержание связи с миссиями, отправляющимися за пределы низкой околоземной орбиты (LEO), с 1963 года. Помимо передачи сообщений и инструкций, DSN отправляет захватывающие изображения и бесценные научные данные обратно на Землю. Поскольку миссии становятся все более сложными, объем данных, которые они могут собирать и передавать, быстро растет. Чтобы удовлетворить эти растущие потребности, НАСА перешло на передачу радиоспектра с более высокой пропускной способностью. Однако невозможно увеличить скорость передачи данных без увеличения размера антенн или мощности радиопередатчиков.
Чтобы удовлетворить эти потребности, НАСА создало систему Deep Space Optical Communications (DSOC), которая использует сфокусированный свет (лазеры) для потоковой передачи видео и других данных из глубокого космоса с очень высокой пропускной способностью. По сравнению с обычной радиосвязью оптические массивы обычно быстрее, безопаснее, легче и гибче. В ходе недавнего испытания НАСА использовало этот демонстратор технологии для передачи видео на Землю с рекордного расстояния в 31 миллион километров (19 миллионов миль) – примерно в 80 раз больше расстояния между Землей и Луной. Видео с участием кота по кличке Тейтерс знаменует собой историческую веху и демонстрирует эффективность оптической связи.
15-секундное тестовое видео было передано с помощью новейшего летного лазерного приемопередатчика, передатчика ближнего инфракрасного диапазона, который был установлен вместе с DSOC в миссии НАСА «Психея» перед ее запуском 13 октября 2023 года. Видео было отправлено с максимальным битом системы. скорость 267 мегабит в секунду (Мбит/с), и ему потребовалось 101 секунда, чтобы достичь Земли. Инструмент направил закодированный лазер ближнего инфракрасного диапазона на телескоп Хейла в Паломарской обсерватории Калифорнийского технологического института, где он был загружен. Затем кадры зацикленного видео были отправлены в Лабораторию реактивного движения НАСА, где видео воспроизводилось в режиме реального времени.
Важная веха
Демо-версия лазерной связи предназначена для передачи данных со скоростью, в 10–100 раз превышающей скорость даже самых передовых радиочастотных систем, используемых сегодня в миссиях в дальний космос. Как Психика Миссия направляется к Главному поясу астероидов, чтобы встретиться с металлическим астероидом (в честь которого он назван), система будет посылать сигналы на Землю вплоть до Марса, который в настоящее время находится на самом дальнем расстоянии от Земли. Демонстрация технологии проложит путь к системам связи, которые передают сложные научные данные, изображения высокой четкости и видео.
Эта технология позволит осуществить будущие миссии в глубокий космос, включая следующий большой скачок НАСА: отправку пилотируемых миссий на Марс. Сказал Билл Клипстайн, руководитель проекта технической демонстрации в Лаборатории реактивного движения, в пресс-релизе НАСА:
«Одна из целей — продемонстрировать возможность широкополосной передачи видео на миллионы миль. Ничто на Psyche не генерирует видеоданные, поэтому мы обычно отправляем пакеты случайно сгенерированных тестовых данных. Но чтобы сделать это знаменательное событие более запоминающимся, мы решили совместно с дизайнерами JPL создать забавное видео, передающее суть демоверсии в рамках миссии Psyche».
Эта последняя веха наступила сразу после того, как система собрала свой «первый свет» 14 ноября, после чего последовали еженедельные проверки, демонстрирующие более высокую скорость нисходящей линии связи и повышенную точность наведения. Во время одной проверки в ночь на 4 декабря проект продемонстрировал скорость передачи данных по нисходящей линии связи 62,5 Мбит/с, 100 Мбит/с и 267 Мбит/с. Это сопоставимо со скоростью загрузки широкополосного Интернета и позволило команде загрузить в общей сложности 1,3 терабита данных. Это немного больше данных, чем НАСА, переданное по нисходящей линии связи с Магеллан космического корабля в течение всего срока его полета (с 1990 по 1994 годы). Сказал Кен Эндрюс, руководитель проекта по производству полетов в JPL:
«Когда мы увидели первый свет, мы были взволнованы, но в то же время осторожны. Это новая технология, и мы экспериментируем с тем, как она работает», «Но теперь, с помощью наших коллег из Психеи, мы привыкаем к работе с системой и можем привязываться к космическому кораблю и наземным терминалам дольше, чем нам хотелось бы». раньше мог. Мы учимся чему-то новому во время каждой проверки».
С участием Татерс!
В коротком видео сверхвысокого разрешения, загруженном перед запуском, изображен оранжевый полосатый кот по кличке Тейтерс — кот сотрудника JPL. Показано, как Тейтерс преследует лазерную указку, а на дисплее отображаются его частота сердечных сокращений, цвет кожи и порода. Видео включает наложенную графику, которая иллюстрирует некоторые особенности миссии, такие как орбитальный путь Психеи, купол телескопа Паломара, а также техническую информацию о лазере и скорости передачи данных. Сказал Райан Рогалин, руководитель проекта по приемной электронике в JPL:
«Несмотря на то, что передача осуществлялась на расстоянии в миллионы миль, она могла отправлять видео быстрее, чем большинство широкополосных интернет-соединений. Фактически, после получения видео в Паломаре оно было отправлено в Лабораторию реактивного движения через Интернет, и это соединение было медленнее, чем сигнал, поступающий из глубокого космоса. Лаборатория дизайна JPL проделала потрясающую работу, помогая нам продемонстрировать эту технологию – все любят Taters».
Сообщение было выбрано по нескольким причинам, в том числе из-за популярности кошачьих мемов сегодня и для установления исторической связи. В 1928 году небольшая статуя популярного мультперсонажа Кота Феликса была показана в тестовой телепередаче. В этом отношении НАСА продолжает традицию участия кошачьих в демонстрациях революционных технологий!
На Марс… и дальше!
Возможность передавать данные, изображения и видео высокой четкости из глубокого космоса имеет решающее значение для планов НАСА относительно будущих миссий на Марс и за его пределы. В дополнение к упомянутым выше научным преимуществам, оптическая связь с высокой скоростью передачи данных также позволит астронавтам оставаться на связи с Землей во время длительных миссий. Для предлагаемой миссии НАСА на Марс одни только транзиты продлятся целых девять месяцев, после чего последуют более года наземных операций. В сумме это примерно три года, которые астронавты проведут вдали от своих семей и всех домашних удобств.
В этом отношении разработка сетей связи, способных обеспечить более высокую пропускную способность и скорость передачи данных, имеет важное значение для успеха миссии и поддержания здоровья и здравомыслия астронавтов. Заместитель администратора НАСА Пэм Мелрой резюмировала:
«Это достижение подчеркивает нашу приверженность развитию оптической связи как ключевого элемента удовлетворения наших будущих потребностей в передаче данных. Увеличение нашей пропускной способности имеет важное значение для достижения наших будущих исследовательских и научных целей, и мы с нетерпением ожидаем дальнейшего развития этой технологии и трансформации того, как мы общаемся во время будущих межпланетных миссий».
Чтобы просмотреть разбивку и описание компонентов видео, нажмите здесь.
Дальнейшее чтение: НАСА
