Концепция этого художника показывает, как космический корабль НАСА «Психея» принимает лазерный сигнал от наземной станции дальней космической оптической связи на объекте Лаборатории реактивного движения в Столовой горе. Эксперимент DSOC состоит из станций восходящей и нисходящей связи, а также летного лазерного приемопередатчика, который летает вместе с Психеей. Изображение предоставлено: НАСА/Лаборатория реактивного движения-Калтех.
Демонстрация технологии дальней космической оптической связи достигла нескольких ключевых этапов, кульминацией которых стала трансляция сигнала на Марс, самый дальний от Земли.
Демонстрация НАСА технологии оптической связи в глубоком космосе этим летом побила еще один рекорд лазерной связи, отправив лазерный сигнал с Земли на космический корабль НАСА «Психея», находящийся на расстоянии около 290 миллионов миль (460 миллионов километров). Это то же расстояние между нашей планетой и Марсом, когда две планеты находятся дальше всего друг от друга.
Вскоре после достижения этого рубежа 29 июля демонстрация технологий завершила первый этап своей работы с момента запуска на борту «Психеи» 13 октября 2023 года.
«Это важное событие. «Лазерная связь требует очень высокого уровня точности, и до того, как мы запустили Psyche, мы не знали, насколько серьезным будет ухудшение производительности на наших самых больших расстояниях», — сказала Мира Сринивасан, менеджер по эксплуатации проекта в Лаборатории реактивного движения НАСА в Южной Калифорнии. . «Теперь методы, которые мы используем для отслеживания и наведения, проверены, что подтверждает, что оптическая связь может быть надежным и преобразующим методом исследования Солнечной системы».
Эксперимент по оптической связи в глубоком космосе, проводимый Лабораторией реактивного движения, состоит из бортового лазерного приемопередатчика и двух наземных станций. Исторический 200-дюймовый (5-метровый) телескоп Хейла Калифорнийского технологического института в Паломарской обсерватории Калифорнийского технологического института в округе Сан-Диего, Калифорния, действует как станция нисходящей линии связи, на которую лазерный приемопередатчик отправляет свои данные из космоса. Лаборатория телескопов оптической связи на территории Столовой горы Лаборатории реактивного движения недалеко от Райтвуда, Калифорния, действует как станция восходящей связи и может передавать лазерную мощность мощностью 7 киловатт для отправки данных на приемопередатчик.
Передавая данные со скоростью, в 100 раз превышающей скорость радиочастот, лазеры могут обеспечить передачу сложной научной информации, а также изображений и видео высокого разрешения, необходимых для поддержки следующего большого скачка человечества, когда астронавты отправятся на Марс и за его пределы.
Что касается космического корабля, «Психея» остается здоровой и стабильной, используя ионное движение для ускорения к богатому металлами астероиду в главном поясе астероидов между Марсом и Юпитером.
Эта визуализация показывает положение Психеи 29 июля, когда станция дальней космической оптической связи НАСА отправила на космический корабль лазерный сигнал на расстояние около 290 миллионов миль. Посмотрите интерактивную версию космического корабля «Психея» в книге НАСА «Глаза Солнечной системы». Изображение предоставлено: НАСА/Лаборатория реактивного движения-Калтех.
Превышать цели
Данные демонстрации технологии передаются в Психику и обратно в виде битов, закодированных в ближнем инфракрасном диапазоне, частота которого выше, чем у радиоволн. Эта более высокая частота позволяет упаковать больше данных в одну передачу, обеспечивая гораздо более высокую скорость передачи данных.
Даже когда Психея находилась на расстоянии около 33 миллионов миль (53 миллиона километров) от Земли (что сравнимо с ближайшим сближением Марса с Землей), демонстрация технологии смогла передавать данные с максимальной скоростью системы 267 мегабит в секунду. Эта скорость передачи данных аналогична скорости загрузки широкополосного Интернета. Как и ожидалось, чем дальше находится космический корабль, тем медленнее скорость, с которой он может отправлять и получать данные.
24 июня, когда Психея находилась на расстоянии около 240 миллионов миль (390 миллионов километров) от Земли — что более чем в два с половиной раза превышает расстояние между нашей планетой и Солнцем — проект достиг устойчивой скорости передачи данных по нисходящей линии связи 6,25 мегабит в секунду с максимальная достигнутая скорость составила 8,3 мегабита в секунду. Хотя эта скорость значительно ниже максимума эксперимента, она намного выше, чем то, чего может достичь высокочастотная система связи с сопоставимыми характеристиками на таком расстоянии.
Это тест
Целью Deep Space Optical Communications является демонстрация технологии, которая может надежно передавать данные на более высоких скоростях, чем другие технологии космической связи, такие как радиочастотные системы. Для достижения этой цели у проекта была возможность протестировать уникальные наборы данных, такие как художественные и видео высокого разрешения, а также технические данные с космического корабля Psyche.
Один нисходящий канал, например, содержал цифровые версии художественных работ Университета штата Аризона «Вдохновленный психикой», изображения домашних животных команды и 45-секундное видео сверхвысокой четкости, которое имитирует телевизионные тестовые схемы прошлого века и показывает сцены с Земли. космос .
В ходе демонстрации технологии первое видео сверхвысокой четкости из космоса с участием кота по кличке Татерс было передано на Землю с расстояния 19 миллионов миль космическим кораблем «Психея» 11 декабря 2023 года.
«Основной целью системы было доказать, что снижение скорости передачи данных пропорционально обратному квадрату расстояния», — сказал Аби Бисвас, технолог проекта демонстрации технологий в JPL. «Мы достигли этой цели и передали огромные объемы тестовых данных на космический корабль Psyche и обратно с помощью лазера». На первом этапе демонстрации было передано почти 11 терабит данных.
Трансивер полета выключен и будет снова включен 4 ноября. Эта деятельность докажет, что летная техника сможет проработать как минимум год.
«Мы включаем летный лазерный приемопередатчик и кратко проверяем его работоспособность», — сказал Кен Эндрюс, менеджер проекта по производству полетов в JPL. «Как только это будет достигнуто, мы сможем рассчитывать на полную эксплуатацию трансивера на этапе после соединения, который начнется позже в этом году».
