Космический корабль НАСА «Психея» показан в чистой комнате на объекте космических операций Astrotech возле Космического центра Кеннеди агентства во Флориде, 8 декабря 2022 года. Рядом с центром можно увидеть полетный лазерный приемопередатчик DSOC с золотым колпачком, прикрепленный к космическому кораблю. Фото: НАСА/Бен Смегельски.
Демонстрация технологии глубокой космической оптической связи на борту космического корабля НАСА «Психея» продолжает бить рекорды. Хотя космический корабль, направляющийся к астероиду, не использует оптическую связь для передачи данных, новая технология доказала, что она справляется с этой задачей. После взаимодействия с радиочастотным передатчиком «Психеи» демонстрационная версия лазерной связи отправила копию инженерных данных на расстояние более 140 миллионов миль (226 миллионов километров), что в 1,5 раза превышает расстояние между Землей и Солнцем.
Это достижение дает представление о том, как космические корабли могут использовать оптическую связь в будущем, обеспечивая более высокую скорость передачи сложной научной информации, а также изображений и видео высокой четкости в поддержку следующего гигантского скачка человечества: отправки людей на Марс.
«Во время пролета 8 апреля мы передали около 10 минут дублированных данных космического корабля», — сказала Мира Сринивасан, руководитель проекта в Лаборатории реактивного движения НАСА в Южной Калифорнии. «До этого мы отправляли тестовые и диагностические данные по нашим нисходящим каналам связи с Psyche. Это представляет собой важную веху для проекта, поскольку показывает, как оптическая связь может взаимодействовать с системой радиочастотной связи космического корабля».
Технология лазерной связи в этой демонстрации предназначена для передачи данных из глубокого космоса со скоростью от 10 до 100 раз быстрее, чем современные радиочастотные системы, используемые сегодня в миссиях в дальний космос.
После запуска 13 октября 2023 года космический корабль остается здоровым и стабильным, направляясь к главному поясу астероидов между Марсом и Юпитером, чтобы посетить астероид Психея.
На этой визуализации показано положение космического корабля «Психея» 8 апреля, когда летный лазерный приемопередатчик DSOC передал данные со скоростью 25 Мбит/с на расстояние 140 миллионов миль на станцию нисходящей связи на Земле. Фото: НАСА/Лаборатория реактивного движения-Калифорнийский технологический институт.
Превосходя ожидания
Демонстрация оптической связи НАСА показала, что она может передавать тестовые данные с максимальной скоростью 267 мегабит в секунду (Мбит/с) от ближнего инфракрасного лазера нисходящей линии связи летного лазерного приемопередатчика — скорость передачи данных сопоставима со скоростью загрузки широкополосного Интернета.
Это было достигнуто 11 декабря 2023 года, когда в ходе эксперимента на Землю было передано 15-секундное видео сверхвысокой четкости с расстояния 19 миллионов миль (31 миллион километров, что примерно в 80 раз превышает расстояние Земля-Луна). Видео вместе с другими тестовыми данными, включая цифровые версии иллюстраций Psyche Inspired Университета штата Аризона, было загружено в летный лазерный приемопередатчик перед запуском Psyche в прошлом году.
Теперь, когда космический корабль находится более чем в семь раз дальше, скорость, с которой он может отправлять и получать данные, как и ожидалось, снижается. Во время испытаний 8 апреля космический корабль передал тестовые данные с максимальной скоростью 25 Мбит/с, что намного превосходит цель проекта — доказать, что на таком расстоянии возможна скорость как минимум 1 Мбит/с.
Команда проекта также приказала трансиверу передавать данные, сгенерированные Психеей, оптическим способом. Пока «Психея» передавала данные по своему радиочастотному каналу в сеть дальнего космоса НАСА (DSN), система оптической связи одновременно передала часть тех же данных на телескоп Хейла в Паломарской обсерватории Калифорнийского технологического института в округе Сан-Диего, штат Калифорния — основной технический демо. наземная станция нисходящей линии связи.
«После получения данных от DSN и Palomar мы проверили данные, переданные по оптической линии связи в Лаборатории реактивного движения», — сказал Кен Эндрюс, руководитель проекта полетов в Лаборатории реактивного движения. «Это был небольшой объем данных, переданный по нисходящей линии связи за короткий промежуток времени, но тот факт, что мы делаем это сейчас, превзошел все наши ожидания».
Развлечение с лазерами
После запуска Psyche демо-версия оптической связи первоначально использовалась для передачи предварительно загруженных данных, включая видео с котом Татерс. С тех пор проект доказал, что трансивер может принимать данные от мощного лазера восходящей линии связи на объекте Лаборатории реактивного движения в Столовой горе, недалеко от Райтвуда, Калифорния. Данные могут даже быть отправлены на трансивер, а затем в ту же ночь переданы обратно на Землю, как доказал проект в недавнем «эксперименте по изменению климата».
В ходе этого эксперимента данные испытаний, а также цифровые фотографии домашних животных передавались на Психею и обратно на расстояние до 280 миллионов миль (450 миллионов километров). Он также передал большие объемы собственных инженерных данных технической демонстрации для изучения характеристик оптической линии связи.
«Мы многое узнали о том, как далеко мы можем продвинуть систему, когда у нас ясное небо, хотя штормы время от времени прерывали работу как на Столовой горе, так и на Паломаре», — сказал Райан Рогалин, руководитель проекта по электронике приемника в Лаборатории реактивного движения. (В то время как радиочастотная связь может работать в большинстве погодных условий, оптическая связь требует относительно ясного неба для передачи данных с высокой пропускной способностью.)
Лаборатория реактивного движения недавно провела эксперимент по объединению Паломара, экспериментальной радиочастотной оптической антенны в Комплексе дальней космической связи Голдстоун DSN в Барстоу, Калифорния, и детектора на Столовой горе для одновременного приема одного и того же сигнала. «Объединение» нескольких наземных станций для имитации одного большого приемника может помочь усилить сигнал в дальнем космосе. Эта стратегия также может быть полезна, если одна наземная станция отключена от сети из-за погодных условий; другие станции все еще могут принимать сигнал.
