Επίδειξη νέων οπτικών επικοινωνιών στο βαθύ διάστημα, στο διαστημόπλοιο Psyche της NASA

 

Επίδειξη νέων οπτικών επικοινωνιών στο βαθύ διάστημα

Στο διαστημόπλοιο Psyche της NASA, η εταιρεία επιδεικνύει τεχνολογία οπτικών επικοινωνιών στο βαθύ διάστημα που συνεχίζει να σπάει ρεκόρ. Παρόλο που τα διαστημικά σκάφη που στρέφονται σε αστεροειδείς δεν χρησιμοποιούν οπτικές επικοινωνίες για τη μετάδοση δεδομένων, η νέα τεχνολογία έχει αποδειχθεί ότι ανταποκρίνεται στο καθήκον. Μετά από αλληλεπίδραση με τον πομπό ραδιοσυχνοτήτων της Psyche, η μονάδα επίδειξης επικοινωνιών λέιζερ έστειλε ένα αντίγραφο των τεχνικών δεδομένων από περισσότερα από 140 εκατομμύρια μίλια (226 εκατομμύρια χιλιόμετρα), 1,5 φορές την απόσταση μεταξύ Γης και Ήλιου. Το επίτευγμα παρέχει πληροφορίες για το πώς τα διαστημόπλοια θα μπορούσαν να χρησιμοποιούν οπτικές επικοινωνίες στο μέλλον, παρέχοντας σύνθετες επιστημονικές πληροφορίες με υψηλότερους ρυθμούς δεδομένων, καθώς και εικόνες και βίντεο υψηλής ευκρίνειας για την υποστήριξη του επόμενου γιγαντιαίου άλματος της ανθρωπότητας: την αποστολή ανθρώπων στον Άρη.

«Καταγράψαμε περίπου 10 λεπτά διπλών δεδομένων από το διαστημόπλοιο κατά τη διάρκεια της πτήσης της 8ης Απριλίου», δήλωσε η Meera Srinivasan, υπεύθυνη έργου στο Εργαστήριο Jet Propulsion της NASA στη Νότια Καλιφόρνια. "Πριν από αυτό, στέλναμε δεδομένα δοκιμών και διαγνωστικών μέσω των συνδέσμων επικοινωνίας μας στο Psyche. Αυτό είναι ένα σημαντικό ορόσημο για το έργο επειδή δείχνει πώς οι οπτικές επικοινωνίες μπορούν να διασυνδέονται με το σύστημα επικοινωνιών ραδιοσυχνοτήτων του διαστημικού σκάφους." Η τεχνολογία επικοινωνιών λέιζερ που παρουσιάζεται σε αυτήν την επίδειξη έχει σχεδιαστεί για να μεταδίδει δεδομένα από το βαθύ διάστημα με ταχύτητες 10 έως 100 φορές μεγαλύτερες από τα τρέχοντα συστήματα ραδιοσυχνοτήτων που χρησιμοποιούνται σήμερα σε αποστολές στο βαθύ διάστημα. Μετά την εκτόξευσή του στις 13 Οκτωβρίου 2023, το διαστημόπλοιο παραμένει υγιές και σταθερό κατά τη διάρκεια του ταξιδιού του στην κύρια ζώνη αστεροειδών μεταξύ του Άρη και του Δία για να επισκεφθεί τον αστεροειδή Ψυχή. Η επίδειξη οπτικών επικοινωνιών της NASA έδειξε ότι μπορούσε να μεταδίδει δεδομένα δοκιμής με μέγιστη ταχύτητα 267 megabits ανά δευτερόλεπτο (Mbps) χρησιμοποιώντας ένα transiver λέιζερ πτήσης κατερχόμενης εγγύς υπέρυθρης ακτινοβολίας - ρυθμός μεταφοράς δεδομένων συγκρίσιμος με την ταχύτητα λήψης δεδομένων από το ευρυζωνικό Διαδίκτυο.

Αυτό επιτεύχθηκε στις 11 Δεκεμβρίου 2023, όταν το πείραμα μετέδωσε ένα βίντεο 15 δευτερολέπτων εξαιρετικά υψηλής ευκρίνειας στη Γη από απόσταση 19 εκατομμυρίων μιλίων (31 εκατομμυρίων χιλιομέτρων, ή περίπου 80 φορές της απόστασης μεταξύ Γης και Σελήνης). . Το βίντεο, μαζί με άλλα δεδομένα δοκιμών, συμπεριλαμβανομένων ψηφιακών εκδόσεων του έργου τέχνης του Πανεπιστημίου της Πολιτείας της Αριζόνα με θέμα την Ψυχή, φορτώθηκε στον πομποδέκτη λέιζερ πτήσης πριν από την κυκλοφορία του Psyche πέρυσι. Τώρα που το διαστημόπλοιο βρίσκεται πάνω από επτά φορές πιο μακριά, η ταχύτητα με την οποία μπορεί να στείλει και να λάβει δεδομένα μειώνεται, όπως αναμενόταν. Κατά τη διάρκεια δοκιμών που διεξήχθησαν στις 8 Απριλίου, το διαστημόπλοιο μετέδωσε δεδομένα δοκιμής με μέγιστη ταχύτητα 25 Mbps, υπερβαίνοντας κατά πολύ τον στόχο του έργου να αποδείξει ότι μπορούν να επιτευχθούν ταχύτητες τουλάχιστον 1 Mbps σε αυτή την απόσταση. Η ομάδα του έργου διέταξε επίσης τον πομποδέκτη να μεταδίδει οπτικά δεδομένα που δημιουργούνται ψυχικά. Ενώ η Psyche μετέδιδε δεδομένα μέσω της σύνδεσης ραδιοσυχνοτήτων της στο Deep Space Network (DSN) της NASA, το σύστημα οπτικών επικοινωνιών μετέδωσε ταυτόχρονα μερικά από τα ίδια δεδομένα στο τηλεσκόπιο Hale στο Παρατηρητήριο Palomar του Caltech στην κομητεία Σαν Ντιέγκο της Καλιφόρνια, τον κύριο επίγειο σταθμό για το τεχνική επίδειξη.

«Μετά τη λήψη δεδομένων από την DSN και την Palomar, εξετάσαμε τα δεδομένα που μεταδόθηκαν μέσω της οπτικής κατερχόμενης ζεύξης προς την JPL», δήλωσε ο Ken Andrews, διευθυντής έργου πτήσεων στην JPL. «Ήταν ένας μικρός όγκος δεδομένων που συλλέχθηκαν σε σύντομο χρονικό διάστημα, αλλά το γεγονός ότι το κάνουμε τώρα έχει ξεπεράσει όλες τις προσδοκίες μας». Μετά την κυκλοφορία του Psyche, η επίδειξη οπτικών επικοινωνιών χρησιμοποιήθηκε αρχικά για τη ροή προφορτωμένων δεδομένων, συμπεριλαμβανομένου του βίντεο Taters the cat. Το έργο έχει από τότε αποδείξει ότι ο πομποδέκτης μπορεί να λάβει δεδομένα από ένα λέιζερ ανερχόμενης ζεύξης υψηλής ισχύος που είναι εγκατεστημένο στις εγκαταστάσεις της JPL στο Table Mountain κοντά στο Wrightwood της Καλιφόρνια. Τα δεδομένα μπορούν ακόμη και να σταλούν σε έναν πομποδέκτη και στη συνέχεια να μεταδοθούν πίσω στη Γη το ίδιο βράδυ, όπως αποδείχθηκε σε ένα πρόσφατο «πείραμα αλλοίωσης». Σε αυτό το πείραμα, δεδομένα δοκιμών, καθώς και ψηφιακές φωτογραφίες κατοικίδιων ζώων, μεταδόθηκαν από και προς το Psyche, καλύπτοντας μια απόσταση μετ' επιστροφής 280 εκατομμυρίων μιλίων (450 εκατομμυρίων χιλιομέτρων). Συνεισέφερε επίσης μεγάλο μέρος των δικών του μηχανικών δεδομένων σε μια τεχνική επίδειξη για τη μελέτη της απόδοσης της οπτικής ζεύξης.

"Έχουμε μάθει πολλά για το πόσο μακριά μπορούμε να σπρώξουμε το σύστημα κάτω από καθαρό ουρανό, αν και οι καταιγίδες έχουν περιστασιακά διαταράξει τις λειτουργίες τόσο στο Table Mountain όσο και στο Palomar", δήλωσε ο Ryan Rogalin, διευθυντής έργου ηλεκτρονικών δεκτών στην JPL. (Ενώ οι επικοινωνίες ραδιοσυχνοτήτων μπορούν να λειτουργήσουν στις περισσότερες καιρικές συνθήκες, οι οπτικές επικοινωνίες απαιτούν σχετικά καθαρό ουρανό για τη μετάδοση δεδομένων υψηλής απόδοσης.) Η JPL διεξήγαγε πρόσφατα ένα πείραμα που συνδυάζει την Palomar, μια πειραματική οπτική κεραία ραδιοσυχνοτήτων στο Deep Space Communications Facility της DSN Goldstone στο Barstow. Καλιφόρνια και ο ανιχνευτής Mesa να λαμβάνουν από κοινού το ίδιο σήμα. Ο συνδυασμός πολλαπλών επίγειων σταθμών για την προσομοίωση ενός μεγάλου δέκτη θα μπορούσε να βοηθήσει στη βελτίωση της ποιότητας του σήματος στο βαθύ διάστημα. Αυτή η στρατηγική μπορεί επίσης να είναι χρήσιμη εάν ένας επίγειος σταθμός είναι εκτός λειτουργίας λόγω καιρού. άλλοι σταθμοί μπορούν ακόμα να λαμβάνουν το σήμα. https://phys.org/news/2024-04-nasa-deep-space-optical-communications.html