NASA veiksmīgi eksperimentē ar optiskajām antenām, atverot jaunu nodaļu dziļās kosmosa lāzerkomunikācijās

Nesen NASA paziņoja, ka hibrīda antena savā Deep Space Network (DSN) ir veiksmīgi izsekojusi un atkodējusi tuvu infrasarkano lāzera signālus no "Prosaic" kosmosa kuģa.
Šai eksperimentālajai antenai ir ne tikai iespēja uztvert RF signālus, bet arī veiksmīgi realizēta optisko signālu uztveršana un apstrāde, kas sniedz jaunas iespējas dziļās kosmosa lāzerkomunikāciju tehnoloģijas attīstībai.
Šajā eksperimentā antena veiksmīgi bloķējās RF un tuvu infrasarkano staru lāzera signāliem, ko izstaro Psyker kosmosa kuģis lidojuma laikā dziļi kosmosā, demonstrējot DSN milzīgās šķīvju antenas potenciālu pārejā uz optiskajiem/lāzera sakariem. Šī pāreja ne tikai uzlabos kosmosa izpēti, bet arī nodrošinās spēcīgāku atbalstu dziļās kosmosa tīkliem, pieaugot tīkla prasībām.
Hibrīda antena ar nosaukumu Deep Space Station 13 atrodas Goldstone Deep Space sakaru centrā netālu no Barstovas, Kalifornijā. Kopš 2023. gada novembra tas ir izsekojis lejupsaites lāzerus NASA Deep Space Optical Communications (DSOC) tehnoloģiju demonstrācijai. Lidojošais lāzera raiduztvērējs šai tehnoloģiju demonstrācijai atrodas aģentūras kosmosa kuģa Psyker palaišanas laikā 2023. gada 13. oktobrī.
DSN, DSOC un Psyche programmas pārvalda NASA reaktīvo dzinēju laboratorija (JPL) Dienvidkalifornijā. "Īsi pēc tehnoloģiju demonstrācijas uzsākšanas mūsu hibrīda antena veiksmīgi un droši bloķējās DSOC lejupsaitē un uzņēma Psyche radiofrekvences signālu. Šis ir pagrieziena punkts mūsu pirmajam sinhronizētajam radio un optisko frekvenču saziņai kosmosā."
2023. gada beigās hibrīda antena lejupielādēja datus no Pursek kosmosa kuģa, kas atrodas 20 miljonus jūdžu (32 miljonus kilometru) attālumā, ar ātrumu 15,63 megabiti sekundē, kas ir aptuveni 40 reizes ātrāk nekā radiofrekvences sakari visā pasaulē. tāds pats attālums. Līdz 2024. gada 1. janvārim antena bija veiksmīgi lejupielādējusi citu komandas fotoattēlu, kas tika augšupielādēts DSOC pirms Psyker palaišanas.
Īpaši mehānismi
Lai nodrošinātu lāzera fotonu noteikšanu, hibrīda antenas iekšpusē ir uzstādīti septiņi īpaši precīzi segmentēti spoguļi. Šie spoguļi atdarina 33-pēdu (1- metru) apertūras teleskopa gaismu savācošo apertūru, un, lāzera fotoniem sasniedzot antenu, katrs spogulis atspoguļo fotonus un precīzi novirza tos uz augstu ekspozīcijas kamera. Pēc tam kameras savāktie lāzera signāli tiek pārsūtīti caur optisko šķiedru uz kriogēniski atdzesētu pusvadītāju nanovadu viena fotona detektoru, kuru izstrādāja un konstruēja Jet Propulsion Laboratory (JPL) Mikroierīču laboratorija.
Barzia Tehrani, JPL vadītāja vietniece un piegādes vadītāja hibrīdo antenu sakaru zemes sistēmu jautājumos, sacīja: "Šī ir ļoti saderīga optiskā sistēma, kas veidota uz 34-metru elastīgas struktūras. Mēs izmantojam spoguļu, precīzu sensoru un kameru sistēmu, lai aktīvi izlīdziniet un virziet lāzera gaismu no dziļas telpas optiskajā šķiedrā, kas sasniedz detektoru."
Viņš arī atklāja, ka komanda cer, ka antena nākotnē spēs noteikt lāzera signālus, kas izplūst no Marsa tā vistālākajā punktā no Zemes (2,5 reizes lielāks attālums no Saules līdz Zemei). Psyker sasniegs šo attālumu jūnijā, ceļojot uz galveno asteroīdu joslu starp Marsu un Jupiteru, lai izpētītu metāliem bagāto asteroīdu Psyker.
Septiņu segmentu spogulis uz antenas ir koncepcijas pierādījums, kas ļaus nākotnē izmantot daudz lielāku un jaudīgāku 64-segmenta spoguli — līdzvērtīgu 26-pēdai ({{ 6}}metrs) apertūras teleskops.
Infrastruktūras risinājumi
DSOC paver ceļu lielāka datu pārraides ātruma sakariem, kas spēj pārraidīt sarežģītu zinātnisku informāciju, video un augstas izšķirtspējas attēlus, lai atbalstītu cilvēces nākamo milzu lēcienu: cilvēku nosūtīšanu uz Marsu. Nesen veiktā tehnoloģijas demonstrācija ir veiksmīgi pārraidījusi pirmo īpaši augstas izšķirtspējas video no kosmosa ar rekordlielu bitu pārraides ātrumu, iezīmējot nozīmīgu izrāvienu kosmosa sakaros.
DSN (Deep Space Network) ir 14 vietnes visā pasaulē, kas atrodas Kalifornijā, Madridē un Kanberā, Austrālijā. Šīs hibrīda antenas spēj uztvert lielu datu apjomu, izmantojot optiskos sakarus, ko papildina radiofrekvences, lai saņemtu mazāka joslas platuma datus, piemēram, telemetrijas datus (tostarp informāciju par kosmosa kuģa stāvokli un atrašanās vietu).