NASA trimite și primește primele date prin intermediul tehnologiei de comunicații optice în spațiul îndepărtat.

Un experiment care ar putea transforma modul în care comunică navele spațiale a reușit să transmită și să primească date prin laser de la distanțe “dincolo de Lună”, pentru prima dată.

Experimentul de comunicații optice în spațiul profund (DSOC) al NASA a transmis un laser în infraroșu apropiat, codificat cu date de test, de la o distanță de aproximativ 16 milioane de kilometri – de aproximativ 40 de ori mai departe decât este Luna față de Pământ – către Telescopul Hale de la Observatorul Palomar al Caltech din San Diego, California. Aceasta este cea mai îndepărtată demonstrație de comunicații optice realizată până în prezent.

Instalat pe nava spațială Psyche lansată recent, DSOC este configurat să trimită date de test de mare viteză către Pământ în timpul demonstrației sale tehnologice de doi ani, pe măsură ce Psyche călătorește spre centura principală de asteroizi dintre Marte și Jupiter. Laboratorul de propulsie cu jet al NASA din sudul Californiei gestionează atât DSOC, cât și Psyche.

Demonstrația tehnologică a atins “prima lumină” în primele ore ale zilei de 14 noiembrie, după ce transceiverul său laser (de zbor) – un instrument de ultimă generație de pe Psyche capabil să trimită și să primească semnale în infraroșu apropiat – s-a sincronizat cu un puternic fascicul laser de uplink transmis de Laboratorul de comunicații optice al Facilității Table Mountain al JPL din apropiere de Wrightwood, California. Fasciculul de uplink a ajutat transceiverul să își îndrepte laserul de downlink înapoi spre Palomar (care se află la 160 de kilometri sud de Table Mountain) în timp ce sistemele automate de pe transceiver și stațiile de sol i-au reglat fin direcția.

Realizarea “primei lumini” este una dintre numeroasele etape critice ale DSOC din lunile următoare, pavând calea către comunicații cu rate de transmisie mai mari, capabile să trimită informații științifice, imagini de înaltă definiție și streaming video în sprijinul următorului salt uriaș al umanității: trimiterea oamenilor pe Marte,

a declarat Trudy Kortes, director al demonstrațiilor tehnologice pentru Direcția misiunii de tehnologie spațială a NASA Headquarters din Washington.

Datele de test au fost trimise simultan și prin intermediul laserelor de uplink și downlink, o procedură cunoscută sub numele de “închidere a legăturii” (handshake), care reprezintă un obiectiv principal al experimentului. Deși demonstrația tehnologică nu transmite date ale misiunii Psyche, aceasta colaborează îndeaproape cu echipa de asistență a misiunii Psyche pentru a se asigura că operațiunile DSOC nu interferează cu cele ale navei spațiale.

“Testul de marți dimineață a fost primul care a încorporat pe deplin elementele de la sol și transceiverul de zbor, necesitând ca echipele de operațiuni DSOC și Psyche să lucreze împreună”,

a declarat Meera Srinivasan, șef de operațiuni pentru DSOC la JPL.

“A fost o provocare formidabilă și mai avem multe de făcut, dar o scurtă perioadă de timp, am putut să transmitem, să primim și să decodificăm unele date.”

Înainte de această realizare, proiectul a trebuit să bifeze câteva alte etape, de la îndepărtarea capacului de protecție al transceiverului laser până la alimentarea instrumentului. Între timp, nava spațială Psyche își efectuează propriile verificări, inclusiv alimentarea sistemelor sale de propulsie și testarea instrumentelor care vor fi folosite pentru a studia asteroidul Psyche atunci când va ajunge acolo în 2028.

Prima lumină și primii biți

Odată cu “prima lumină” reușită, echipa DSOC va lucra acum la rafinarea sistemelor care controlează direcționarea laserului de downlink de pe transceiver. Odată realizat, proiectul poate începe demonstrația sa de menținere a transmisiei de date cu lățime de bandă mare de la transceiver către Palomar la diverse distanțe de Pământ. Aceste date iau forma biților (cele mai mici unități de date pe care un computer le poate procesa) codificate în fotonii laserului – particule cuantice de lumină. După ce un detector special de matrice superconductoare de înaltă eficiență detectează fotonii, sunt utilizate noi tehnici de procesare a semnalului pentru a extrage datele din fotonii individuali care ajung la Telescopul Hale.

Experimentul DSOC urmărește să demonstreze rate de transmisie a datelor de 10 până la 100 de ori mai mari decât sistemele de radiofrecvență de ultimă generație utilizate de navele spațiale astăzi. Atât comunicațiile radio, cât și cele laser în infraroșu apropiat utilizează unde electromagnetice pentru a transmite date, dar lumina în infraroșu apropiat împachetează datele în unde semnificativ mai strânse, permițând stațiilor de sol să primească mai multe date. Acest lucru va ajuta viitoarele misiuni de explorare umană și robotică și va susține instrumente științifice cu rezoluție mai înaltă.

„Comunicarea optică este un avantaj pentru oamenii de știință și cercetători care doresc întotdeauna mai mult de la misiunile lor spațiale și va permite explorarea umană a spațiului profund”,

a spus Dr. Jason Mitchell, director al Diviziei de Tehnologii Avansate de Comunicații și Navigație din cadrul programului de Comunicații și Navigație Spațială (SCaN) al NASA.

„Mai multe date înseamnă mai multe descoperiri.”

Deși comunicarea optică a fost demonstrată pe orbita joasă a Pământului și chiar până la Lună, DSOC este primul test în spațiul îndepărtat. La fel ca utilizarea unui indicator laser pentru a urmări un banc mobil de la o milă distanță, direcționarea unei raze laser pe milioane de mile necesită o „direcționare” extrem de precisă.

Demonstrația trebuie să compenseze și timpul necesar ca lumina să călătorească de la navă spațială la Pământ pe distanțe mari: La cea mai îndepărtată distanță a Psyche de planeta noastră, fotonii în infraroșu apropiat ai DSOC vor avea nevoie de aproximativ 20 de minute pentru a călători înapoi (au fost necesare aproximativ 50 de secunde pentru a călători de la Psyche la Pământ în timpul testului din 14 noiembrie). În acel timp, atât nava spațială, cât și planeta s-au mișcat, așa că laserele de uplink și downlink trebuie să se ajusteze pentru schimbarea locației.

„Realizarea primei lumini este o realizare extraordinară. Sistemele de sol au detectat cu succes fotonii laser din spațiul profund de la transceiverul de zbor al DSOC de pe Psyche”,

a declarat Abi Biswas, tehnolog al proiectului pentru DSOC la JPL.

„Și am putut și să trimitem unele date, ceea ce înseamnă că am putut să schimbăm „biți de lumină” de la și către spațiul profund.”

Mai multe despre misiune

DSOC este cea mai recentă dintr-o serie de demonstrații de comunicare optică finanțate de programul Technology Demonstration Missions (TDM) din cadrul Direcției Misiunii Tehnologice Spațiale a NASA și programul SCaN din cadrul Direcției Misiunii Operațiilor Spațiale a agenției.

Misiunea Psyche este condusă de Arizona State University. JPL este responsabil pentru managementul general al misiunii, inginerie de sistem, integrare și testare și operațiuni de misiune. Psyche este cea de a 14-a misiune selectată în cadrul Programului Discovery al NASA sub Direcția Misiunii Științifice, gestionată de Centrul de Zbor Spațial Marshall al agenției din Huntsville, Alabama. Programul de Servicii de Lansare al NASA, cu sediul la Centrul Spațial Kennedy al agenției

Sursa: www.jpl.nasa.gov