La NASA riceve comunicazioni laser da una distanza di oltre 140 milioni di miglia

NASAL'esperimento di comunicazione ottica nello spazio profondo ha anche interagito per la prima volta con il sistema di comunicazione della navicella spaziale Psyche, trasmettendo dati tecnici alla Terra.

A bordo della navicella spaziale Psyche della NASA, la dimostrazione della tecnologia di comunicazione ottica nello spazio profondo dell'agenzia continua a battere i record. Sebbene la navicella spaziale diretta all’asteroide non si affidi alle comunicazioni ottiche per inviare dati, la nuova tecnologia si è dimostrata all’altezza del compito. Dopo aver interagito con il trasmettitore a radiofrequenza di Psiche, il display di comunicazione laser ha trasmesso una copia dei dati tecnici da una distanza di oltre 140 milioni di miglia (226 milioni di chilometri), equivalente a una volta e mezza la distanza tra la Terra e il Sole.

Questo risultato offre uno sguardo su come i veicoli spaziali utilizzeranno le comunicazioni ottiche in futuro, consentendo comunicazioni a velocità di dati più elevate di informazioni scientifiche complesse, nonché immagini e video ad alta definizione per supportare il prossimo passo da gigante dell’umanità: inviare esseri umani nello spazio. Marte.

Questa visualizzazione mostra la posizione della navicella spaziale Psyche l'8 aprile quando il ricetrasmettitore laser aeronautico DSOC ha trasmesso dati a una velocità di 25 megabit al secondo su un raggio di 140 milioni di miglia a una stazione di downlink sulla Terra. Fonte immagine: NASA/JPL-Caltech

“Abbiamo fornito circa 10 minuti di dati duplicati del veicolo spaziale durante il suo sorvolo dell'8 aprile”, ha affermato Meera Srinivasan, responsabile delle operazioni del progetto presso il Jet Propulsion Laboratory della NASA nel sud della California. “Fino ad allora, avevamo trasmesso dati di test e diagnostici nei nostri downlink da Psyche. Ciò rappresenta una pietra miliare importante per il progetto poiché mostra come le comunicazioni ottiche possono interagire con il sistema di comunicazione a radiofrequenza del veicolo spaziale”.

La tecnologia di comunicazione laser in questa dimostrazione è progettata per trasmettere dati dallo spazio profondo a velocità da 10 a 100 volte più veloci rispetto ai moderni sistemi a radiofrequenza utilizzati oggi dalle missioni nello spazio profondo.

Dopo il lancio, avvenuto il 13 ottobre 2023, la navicella spaziale rimane intatta e stabile durante il suo viaggio verso la fascia principale degli asteroidi tra Marte e la Terra. Giove Per visitare l'asteroide stesso.

Superare le aspettative

La dimostrazione delle comunicazioni ottiche della NASA ha dimostrato che può trasmettere dati di test a una velocità massima di 267 megabit al secondo (Mbps) dal laser downlink nel vicino infrarosso del ricetrasmettitore laser: una velocità in bit simile alla velocità di download di Internet a banda larga.

Ciò è stato ottenuto l’11 dicembre 2023, quando l’esperimento ha inviato alla Terra un video ad alta risoluzione di 15 secondi da una distanza di 19 milioni di miglia (31 milioni di chilometri, ovvero circa 80 volte la distanza tra la Terra e la Luna). Video, insieme ad altri dati di test, comprese le versioni digitali dell'Arizona State University Psicologicamente ispirato L'opera d'arte è stata caricata su un ricetrasmettitore laser aeronautico (vedi immagine sotto) prima del lancio di Psyche lo scorso anno.

Il ricetrasmettitore laser Deep Space Optical Communications (DSOC) è in mostra al Jet Propulsion Laboratory della NASA nel sud della California nell'aprile 2021, prima di essere installato all'interno del suo alloggiamento squadrato che è stato successivamente integrato con la navicella spaziale Psyche della NASA. Il ricetrasmettitore è costituito da un trasmettitore laser nel vicino infrarosso per inviare dati ad alta velocità alla Terra e da una fotocamera sensibile per il conteggio dei fotoni per ricevere dati a bassa velocità inviati dalla Terra. Il ricetrasmettitore è montato su una serie di montanti e attuatori – mostrati in questa immagine – che stabilizzano l'ottica dalle vibrazioni del veicolo spaziale. Fonte immagine: NASA/JPL-Caltech

Ora che la navicella spaziale è più di sette volte più lontana, la velocità con cui può inviare e ricevere dati è diminuita, come previsto. Durante il test dell'8 aprile, la navicella spaziale ha trasmesso i dati del test a una velocità massima di 25 Mbps, superando di gran lunga l'obiettivo del progetto di dimostrare che a quella distanza è possibile raggiungere almeno 1 Mbps.

Il team del progetto ha inoltre incaricato il ricetrasmettitore di trasmettere otticamente i dati generati da Psyche. Mentre Psiche trasmetteva dati tramite il suo canale in radiofrequenza al Deep Space Network (DSN) della NASA, il sistema di comunicazione ottica trasmetteva simultaneamente una parte degli stessi dati al telescopio Hale presso l'Osservatorio Palomar del Caltech nella contea di San Diego, California. dimostrazione della tecnologia delle stazioni terrestri downlink.

“Dopo aver ricevuto i dati da DSN e Palomar, abbiamo verificato visivamente i dati associati Laboratorio di propulsione a reazioneha detto Ken Andrews, responsabile delle operazioni di volo del progetto al JPL. “Si è trattato di una piccola quantità di dati trasferiti in un breve periodo di tempo, ma il fatto che lo stiamo facendo ora ha superato tutte le nostre aspettative.”

Divertimento con i laser

Dopo il lancio di Psyche, la demo delle comunicazioni ottiche è stata inizialmente utilizzata per collegare i dati precaricati, compresi i dati Video del gatto Taters. Da allora, il progetto ha dimostrato che il ricetrasmettitore può ricevere dati da… Laser uplink ad alta potenza Presso lo stabilimento JPL di Table Mountain, vicino a Wrightwood, in California. I dati possono anche essere inviati a un ricetrasmettitore e poi ricollegati alla Terra la stessa notte, come dimostrato dal progetto in un recente “esperimento di trasformazione”.

Questo esperimento ha trasmesso i dati dei test, nonché le foto digitali degli animali domestici, a Psiche e viceversa, un viaggio di andata e ritorno fino a 280 milioni di miglia (450 milioni di chilometri). Ha inoltre comunicato grandi quantità di dati tecnici per la dimostrazione tecnologica volta a studiare le proprietà del collegamento di comunicazione ottica.

“Abbiamo imparato molto su quanto lontano possiamo spingere il sistema quando il cielo è sereno Tempeste “A volte hanno interrotto le operazioni sia a Table Mountain che a Palomar”, ha affermato Ryan Rogalin, responsabile del progetto di elettronica del ricevitore presso JPL. (Mentre le comunicazioni in radiofrequenza possono funzionare nella maggior parte delle condizioni meteorologiche, le comunicazioni ottiche richiedono cieli relativamente sereni per trasmettere dati a larghezza di banda elevata.)

La Deep Space Station 13 presso il Goldstone Complex della NASA in California, parte della Deep Space Network dell'agenzia, è un'antenna sperimentale retrofittata con una punta ottica. Inizialmente, questa prova di concetto riceveva contemporaneamente segnali radiofrequenza e laser dallo spazio profondo. Fonte immagine: NASA/JPL-Caltech

Il JPL ha recentemente condotto un esperimento per combinare Palomar, un'antenna ottica sperimentale a radiofrequenza presso il Goldstone Deep Space Communications Complex di DSN a Barstow, in California, e un rilevatore a Table Mountain per ricevere lo stesso segnale in concerto. “Organizzare” più stazioni di terra per imitare un grande ricevitore può aiutare a potenziare il segnale dello spazio profondo. Questa strategia può essere utile anche nel caso in cui una stazione di terra sia costretta ad andare offline a causa delle condizioni meteorologiche; Altre stazioni possono ancora ricevere il segnale.

Maggiori informazioni sulla missione

Questa dimostrazione, gestita dal JPL, è l'ultima di una serie di esperimenti di comunicazione ottica finanziati dal programma Technology Demonstration Mission (TDM) della NASA e dal programma SCaN (Space Communications and Navigation) dell'agenzia all'interno della direzione della missione delle operazioni spaziali. Lo sviluppo del ricetrasmettitore laser per l'aviazione è supportato da Istituto di Tecnologia del Massachussetts Lincoln Laboratory, L3 Harris, CACI, First Mode, Controlled Dynamics Inc., Fibretek, Coherent e Dotfast supportano i sistemi di terra. Parte di questa tecnologia è stata sviluppata attraverso il programma di ricerca sull’innovazione per piccole imprese della NASA.

L'Arizona State University guida la missione Psiche. Il JPL è responsabile della gestione complessiva della missione, dell'ingegneria del sistema, dell'integrazione, dei test e delle operazioni di missione. Psiche è la quattordicesima missione selezionata come parte del programma di esplorazione della NASA sotto la direzione delle missioni scientifiche, gestito dal Marshall Space Flight Center dell'agenzia a Huntsville, in Alabama. Il Launch Services Program della NASA, con sede presso il Kennedy Space Center dell'agenzia in Florida, ha gestito il servizio di lancio. Maxar Technologies ha fornito il telaio del veicolo spaziale a propulsione elettrica solare ad alta energia da Palo Alto, California.