NASA, 140 milyon milden fazla mesafeden lazer iletişimi alıyor

NASADerin Uzay Optik İletişim Deneyi ayrıca Psyche uzay aracının iletişim sistemiyle ilk kez etkileşime girerek mühendislik verilerini Dünya'ya geri aktardı.

NASA'nın Psyche uzay aracında, ajansın derin uzay optik iletişim teknolojisi gösterisi rekorlar kırmaya devam ediyor. Asteroide bağlı uzay aracı veri göndermek için optik iletişime dayanmasa da, yeni teknolojinin bu göreve hazır olduğu kanıtlandı. Psyche'nin radyo frekansı vericisiyle etkileşime girdikten sonra, lazer iletişim ekranı, mühendislik verilerinin bir kopyasını, Dünya ile Güneş arasındaki mesafenin bir buçuk katına eşdeğer olan 140 milyon milden (226 milyon kilometre) fazla bir mesafeden iletti.

Bu başarı, uzay aracının gelecekte optik iletişimi nasıl kullanacağına dair bir fikir veriyor; insanlığın bir sonraki dev sıçramasını, yani insanları uzaya göndermeyi desteklemek için karmaşık bilimsel bilgilerin yanı sıra yüksek çözünürlüklü görüntüler ve videoların daha yüksek veri hızında iletişimini mümkün kılıyor. Mars.

Bu görselleştirme, DSOC havacılık lazer alıcı-vericisinin 140 milyon mil menzilde saniyede 25 megabit hızında verileri Dünya üzerindeki bir uydu-yer hattı istasyonuna ilettiğinde Psyche uzay aracının 8 Nisan'daki konumunu göstermektedir. Resim kaynağı: NASA/JPL-Caltech

NASA'nın Güney Kaliforniya'daki Jet Propulsion Laboratuvarı proje operasyonları lideri Meera Srinivasan, “8 Nisan'daki uçuşu sırasında yaklaşık 10 dakikalık uzay aracı verilerinin kopyalarını teslim ettik” dedi. “O zamana kadar Psyche'den gelen bağlantılarımızda test ve teşhis verilerini aktarıyorduk. Bu, optik iletişimin uzay aracının radyo frekansı iletişim sistemiyle nasıl etkileşime girebileceğini göstermesi açısından proje için önemli bir kilometre taşını temsil ediyor.”

Bu gösterideki lazer iletişim teknolojisi, derin uzaydan, günümüzde derin uzay görevlerinde kullanılan modern radyo frekans sistemlerinden 10 ila 100 kat daha hızlı veri iletmek üzere tasarlanmıştır.

Uzay aracı, 13 Ekim 2023'teki fırlatılmasının ardından Mars ile Dünya arasındaki ana asteroit kuşağına olan yolculuğu boyunca sağlam ve stabil kalıyor. Jüpiter Asteroitin kendisini ziyaret etmek.

Beklentileri aşın

NASA'nın Optik İletişim gösterimi, test verilerini lazer alıcı-vericinin yakın kızılötesi aşağı bağlantı lazerinden saniyede maksimum 267 megabit (Mbps) hızında iletebildiğini gösterdi; bu, geniş bant İnternet indirme hızlarına benzer bir bit hızıdır.

Bu, 11 Aralık 2023'te deneyin 19 milyon mil (31 milyon kilometre veya Dünya ile Ay arasındaki mesafenin yaklaşık 80 katı) mesafeden Dünya'ya 15 saniyelik yüksek çözünürlüklü bir video göndermesiyle gerçekleştirildi. Video, Arizona Eyalet Üniversitesi'nin dijital versiyonları da dahil olmak üzere diğer test verileriyle birlikte Psikolojik olarak ilham aldı Sanat eseri, Psyche'nin geçen yıl piyasaya sürülmesinden önce bir havacılık lazer alıcı-vericisine yüklendi (aşağıdaki resme bakın).

Derin Uzay Optik İletişimi (DSOC) lazer alıcı-vericisi, daha sonra NASA'nın Psyche uzay aracıyla entegre edilecek kutulu muhafazasının içine kurulmadan önce, Nisan 2021'de NASA'nın Güney Kaliforniya'daki Jet Propulsion Laboratuvarı'nda sergileniyor. Alıcı-verici, Dünya'ya yüksek hızlı veri göndermek için yakın kızılötesi bir lazer vericiden ve Dünya'dan gönderilen düşük hızlı verileri almak için hassas bir foton sayma kamerasından oluşur. Alıcı-verici, optikleri uzay aracının titreşimlerinden koruyan bir dizi destek ve aktüatör üzerine monte edilmiştir (bu resimde gösterilmiştir). Resim kaynağı: NASA/JPL-Caltech

Artık uzay aracı yedi kat daha uzakta olduğundan, beklendiği gibi veri gönderip alma hızı azaldı. 8 Nisan'daki test sırasında uzay aracı, test verilerini maksimum 25 Mbps hızında ileterek, projenin bu mesafede en az 1 Mbps hıza ulaşılabileceğini kanıtlama hedefini fazlasıyla aştı.

Proje ekibi ayrıca alıcı-vericiye Psyche tarafından üretilen verileri optik olarak iletmesi talimatını verdi. Psyche, radyo frekansı kanalı aracılığıyla NASA'nın Derin Uzay Ağı'na (DSN) veri aktarırken, optik iletişim sistemi de aynı anda aynı verinin bir kısmını California, San Diego County'deki Caltech'in Palomar Gözlemevi'ndeki Hale Teleskobu'na iletti. downlink yer istasyonu teknolojisinin gösterimi.

“DSN ve Palomar'dan veri aldıktan sonra ilgili verileri görsel olarak doğruladık. Jet Tahrik Laboratuvarıdedi JPL'de proje uçuş operasyonları lideri Ken Andrews. “Kısa bir süre içinde aktarılan az miktarda veriydi, ancak bunu şu anda yapıyor olmamız tüm beklentilerimizi aştı.”

Lazerlerle eğlence

Psyche'ın piyasaya sürülmesinden sonra, optik iletişim demosu başlangıçta veriler de dahil olmak üzere önceden yüklenmiş verileri bağlamak için kullanıldı. Taters kedisi videosu. O zamandan bu yana proje, alıcı-vericinin veri alabildiğini kanıtladı… Yüksek güçlü uplink lazeri JPL'nin Wrightwood, Kaliforniya yakınlarındaki Table Mountain tesisinde. Projenin yakın tarihli bir “dönüşüm deneyinde” gösterdiği gibi, veriler bir alıcı-vericiye gönderilebilir ve ardından aynı gece Dünya'ya geri bağlanabilir.

Bu deney, dijital evcil hayvan fotoğraflarının yanı sıra test verilerini de Psyche'ye ve tekrar geri göndererek 280 milyon mile (450 milyon kilometre) kadar bir gidiş-dönüş yolculuğu gerçekleştirdi. Ayrıca optik iletişim bağlantısının özelliklerini incelemek amacıyla teknoloji gösterimi için büyük miktarda mühendislik verisi iletildi.

“Gökyüzü açık olduğunda sistemi ne kadar ileri götürebileceğimiz konusunda çok şey öğrendik Fırtınalar JPL'de proje alıcı elektroniği lideri Ryan Rogalin, “Zaman zaman hem Table Mountain hem de Palomar'daki operasyonları durdurdular” dedi. (Radyo frekansı iletişimleri çoğu hava koşulunda çalışabilirken, optik iletişim, yüksek bant genişliğine sahip verileri iletmek için nispeten açık gökyüzü gerektirir.)

NASA'nın Kaliforniya'daki Goldstone Kompleksi'nde bulunan – ajansın Deep Space Network'ün bir parçası olan – Deep Space Station 13, optik uçlu, sonradan takılan deneysel bir antendir. Başlangıçta bu kavram kanıtı, derin uzaydan radyo frekansı ve lazer sinyallerini aynı anda alıyordu. Resim kaynağı: NASA/JPL-Caltech

JPL kısa süre önce, DSN'nin Barstow, Kaliforniya'daki Goldstone Derin Uzay İletişim Kompleksi'ndeki deneysel bir radyo frekansı optik anteni olan Palomar'ı ve aynı sinyali konserde almak için Table Mountain'daki bir dedektörü birleştirmeye yönelik bir deneye öncülük etti. Birden fazla yer istasyonunu büyük bir alıcıyı taklit edecek şekilde “düzenlemek”, derin uzay sinyalini artırmaya yardımcı olabilir. Bu strateji aynı zamanda bir yer istasyonunun hava koşulları nedeniyle çevrimdışı olmaya zorlanması durumunda da yararlı olabilir; Diğer istasyonlar hala sinyali alabilir.

Görev hakkında daha fazla bilgi

JPL tarafından yönetilen bu gösteri, NASA'nın Teknoloji Gösteri Misyonu (TDM) programı ve ajansın Uzay Operasyonları Misyon Direktörlüğü bünyesindeki SCaN (Uzay İletişimi ve Navigasyon) programı tarafından finanse edilen bir dizi optik iletişim deneyinin sonuncusudur. Havacılık lazer alıcı-vericisinin geliştirilmesi aşağıdakiler tarafından desteklenmektedir: Massachusetts Teknoloji Enstitüsü Lincoln Laboratuvarı, L3 Harris, CACI, First Mode, Controlled Dynamics Inc., Fibretek, Coherent ve Dotfast yer sistemlerini destekler. Bu teknolojinin bir kısmı NASA'nın Küçük İşletme İnovasyon Araştırma Programı aracılığıyla geliştirildi.

Arizona Eyalet Üniversitesi Psyche misyonuna liderlik ediyor. JPL genel görev yönetimi, sistem mühendisliği, entegrasyon ve test ile görev operasyonlarından sorumludur. Psyche, NASA'nın Alabama, Huntsville'deki Marshall Uzay Uçuş Merkezi tarafından yönetilen Bilim Misyonu Direktörlüğü kapsamındaki Keşif Programı kapsamında seçilen 14. görevdir. Merkezi ajansın Florida'daki Kennedy Uzay Merkezi'nde bulunan NASA'nın Fırlatma Hizmetleri Programı, fırlatma hizmetini yönetti. Maxar Technologies, Palo Alto, California'dan yüksek enerjili güneş enerjisiyle çalışan elektrik tahrikli uzay aracı şasisini sağladı.