НАСА успешно експериментира с оптични антени, отваряйки нова глава в лазерните комуникации в дълбокия космос

Наскоро НАСА обяви, че хибридна антена в нейната Deep Space Network (DSN) успешно е проследила и декодирала близки инфрачервени лазерни сигнали от космическия кораб "Prosaic".
Тази експериментална антена не само има способността да приема RF сигнали, но също така успешно реализира приемането и обработката на оптични сигнали, което предоставя нови възможности за развитието на технологията за лазерна комуникация в дълбокия космос.
В този експеримент антената успешно се заключи към RF и близките инфрачервени лазерни сигнали, излъчвани от космическия кораб Psyker по време на неговия полет дълбоко в космоса, демонстрирайки потенциала на гигантската антена на DSN да премине към оптични/лазерни комуникации. Този преход не само ще подобри изследването на космоса, но също така ще осигури по-стабилна поддръжка за мрежи в дълбокия космос с нарастването на мрежовите изисквания.
Хибридната антена, наречена Deep Space Station 13, се намира в комуникационния център Goldstone Deep Space близо до Барстоу, Калифорния. От ноември 2023 г. проследява лазери за връзка надолу за демонстрация на технологията Deep Space Optical Communications (DSOC) на НАСА. Летящият лазерен приемо-предавател за тази технологична демонстрация е на борда на космическия кораб Psyker, изстрелян от агенцията на 13 октомври 2023 г.
Програмите DSN, DSOC и Psyche се управляват от лабораторията за реактивни двигатели на НАСА (JPL) в Южна Калифорния. „Малко след започването на технологичната демонстрация, нашата хибридна антена успешно и надеждно се заключи към DSOC връзката надолу и улови радиочестотния сигнал на Psyche. Това е крайъгълен камък за нашите първи синхронизирани радио и оптични честотни комуникации в дълбокия космос.“
В края на 2023 г. хибридната антена изтегли данни от космическия кораб Pursek, който е на 20 милиона мили (32 милиона километра), със скорост от 15,63 мегабита в секунда, което е около 40 пъти по-бързо от радиочестотните комуникации през същото разстояние. До 1 януари 2024 г. антената успешно изтегли друга екипна снимка, която беше качена в DSOC преди пускането на Psyker.
Специфични механизми
За да се даде възможност за откриване на лазерни фотони, седем ултрапрецизни сегментирани огледала са монтирани вътре в хибридната антена. Тези огледала имитират апертурата за събиране на светлина на телескоп с апертура от 3.3- фута (1- метра) и когато лазерните фотони достигнат антената, всяко огледало отразява фотоните и ги пренасочва точно към високо камера за експозиция. Лазерните сигнали, събрани от камерата, след това се предават чрез оптични влакна към криогенно охладен полупроводников нанопроводников еднофотонен детектор, който е проектиран и конструиран от Microdevice Laboratory в Jet Propulsion Laboratory (JPL).
Барзия Техрани, заместник-мениджър на JPL и мениджър по доставките за наземни комуникационни системи с хибридна антена, каза: „Това е много съвместима оптична система, изградена върху 34--метрова гъвкава структура. Ние използваме система от огледала, прецизни сензори и камери за активно подравнявайте и насочвайте лазерната светлина от дълбокия космос към оптичното влакно, което достига до детектора."
Той също така разкри, че екипът се надява, че антената в бъдеще ще може да открива лазерни сигнали, излъчвани от Марс в най-отдалечената му точка от Земята (2,5 пъти разстоянието от Слънцето до Земята). Psyker ще достигне това разстояние през юни, пътувайки до главния астероиден пояс между Марс и Юпитер, за да изследва богатия на метал астероид Psyker.
Седемсегментното огледало на антената е доказателство за концепцията, което ще позволи бъдещото използване на много по-голямо и по-мощно 64-сегментно огледало - еквивалент на 26-крак ({{ 6}} метър) апертурен телескоп.
Инфраструктурни решения
DSOC проправя пътя за комуникации с по-висока скорост на данни, способни да предават сложна научна информация, видео и изображения с висока разделителна способност в подкрепа на следващия гигантски скок на човечеството: изпращането на хора на Марс. Неотдавнашна демонстрация на технологията успешно предаде първото видео с ултра-висока разделителна способност от космоса при рекорден битрейт, отбелязвайки голям пробив в комуникациите в дълбокия космос.
DSN (Deep Space Network) има 14 обекта по целия свят, разположени в Калифорния, Мадрид и Канбера, Австралия. Тези хибридни антени са в състояние да приемат големи количества данни, използвайки оптични комуникации, допълнени от радиочестоти за получаване на данни с по-малка честотна лента, като например телеметрични данни (включително информация за здравето и позицията на космическия кораб).