De lasercommunicatie van NASA vestigde records in de diepe ruimte en maakte de weg vrij voor snellere gegevensoverdracht tijdens toekomstige missies

NASA-pionier Optische communicatie in de diepe ruimte (DSOC) De technologiedemonstratie heeft een nieuw record gevestigd op het gebied van lasercommunicatie in de diepe ruimte, waarbij met succes een signaal over een verbazingwekkende afstand wordt verzonden 290 miljoen mijl (460 miljoen km)– Wat gelijk is aan de grootste afstand tussen hen land En Mars. Deze prestatie markeert de voltooiing van de eerste fase van de DSOC-missie, die aan boord van het schip werd gelanceerd Psychisch ruimtevaartuig op 13 oktober 2023. Door het gebruik van lasertechnologie ontwikkelt NASA ruimtecommunicatiemethoden om de snelheid en capaciteit van datatransmissie voor toekomstige missies dramatisch te verbeteren. Mars En verder.

Een sprong in de ruimtecommunicatietechnologie

De DSOC-demonstratie is bedoeld om de grenzen te verleggen van de manier waarop gegevens in de ruimte worden verzonden, met behulp van lasers in plaats van traditionele radiofrequentiecommunicatiesystemen. Lasercommunicatie heeft de mogelijkheid om gegevens zelfs te verzenden 100 keer sneller van de huidige methoden, waardoor het een transformerende technologie wordt voor toekomstige ruimteverkenning. volgens Meera Srinivasanleidt projectactiviteiten bij NASA Straalaandrijvingslaboratorium (JPL)Het technologieaanbod heeft de verwachtingen al overtroffen. “Dit is een belangrijke prestatie. Lasercommunicatie vereist een zeer hoog niveau van precisie, en vóór onze lancering met Psyche wisten we niet hoeveel prestatieverlies we op grotere afstanden zouden zien”, legt Srinivasan uit voor tracking en signalering zijn geverifieerd”, voegde ze eraan toe. “Dit bevestigt dat optische communicatie een krachtige en transformerende manier kan zijn om het zonnestelsel te verkennen.”

DSOC-technologie maakt gebruik van een ingebouwde lasertransceiver Psychisch ruimtevaartuigDaarnaast twee grondstations op de grond om data te versturen en te ontvangen. de Hale-telescoop Het Palomar Observatorium van Caltech fungeert als een downlinkstation en ontvangt lasersignalen uit de diepe ruimte. Laboratorium voor optische communicatietelescopen In de Tafelberg-faciliteit van JPL verzendt hij signalen met behulp van een krachtig instrument Laser van 7 kilowatt. Met dit systeem kan NASA complexe wetenschappelijke gegevens, high-definition beelden en zelfs videoclips met ongekende snelheden over grote afstanden verzenden.

Mijlpalen in de ruimte bereiken

Een van de belangrijkste doelstellingen van de DSOC-missie is om te bewijzen dat optische communicatie op betrouwbare wijze gegevens met hoge snelheden door de diepe ruimte kan verzenden. De missie heeft al veel indrukwekkende mijlpalen bereikt. wanneer Psychisch ruimtevaartuig Dat was hij 33 miljoen mijl (53 miljoen km) Ver weg – ongeveer de afstand van Mars’ dichtste nadering tot de aarde – kon het systeem gegevens verzenden met de maximale snelheid van 0,300 seconden. 267Mbps. Deze snelheid is vergelijkbaar met het hogesnelheidsbreedbandinternet op aarde, wat een grote sprong voorwaarts betekent in de ruimtecommunicatie.

Naarmate het ruimtevaartuig verder bewoog, nam de gegevensoverdrachtsnelheid uiteraard af. tegen de tijd zelf Dat was hij 240 miljoen mijl (390 miljoen km) Vanaf de grond behoudt het systeem nog steeds een indrukwekkende downlinksnelheid van 6,25Mbpsmet een piek 8,3 Mbps. Hoewel langzamer dan de maximale snelheid, zijn deze prestaties nog steeds veel hoger dan wat radiofrequentiecommunicatiesystemen over vergelijkbare afstanden kunnen bereiken.

De DSOC-technologiedemonstratie testte ook het vermogen ervan om grote hoeveelheden gegevens over te dragen, inclusief unieke datasets zoals digitale versies van Het “zelfgeïnspireerde” kunstwerk van de Arizona State Universityfoto’s van huisdieren van teamleden, en 45 seconden HD-video Oude tv-testpatronen vervalsen. Deze video is gekopieerd van 240 miljoen mijl verderopHet vertegenwoordigt de eerste ultra-high-definition beelden die via laser vanuit de ruimte worden uitgezonden. projecttechnische, Mijn vader BiswasHij legde het belang van deze prestatie uit: “Het belangrijkste doel van het systeem was om aan te tonen dat de vermindering van de datasnelheid evenredig was met het omgekeerde kwadraat van de afstand. We bereikten dit doel en stuurden enorme hoeveelheden testgegevens van en naar de Psyche ruimtevaartuig via laser 11 TB van data werd met succes gekoppeld tijdens de eerste fase van deze technologiedemonstratie.

Wat lasercommunicatie betekent voor de toekomst

Het DSOC-project maakt deel uit van NASA’s bredere inspanningen om zich voor te bereiden op toekomstige menselijke verkenning Mars En andere verre hemellichamen. Door de gegevensoverdrachtsnelheden te verbeteren, kan lasercommunicatie complexere wetenschappelijke missies mogelijk maken, evenals high-definition video en beelden, die essentieel zijn voor toekomstige bemande missies. Met de nadruk op betrouwbaarheid en snelle gegevensoverdracht kan deze technologie real-time communicatie tussen astronauten en missiecontrole op aarde ondersteunen, zelfs vanaf miljoenen kilometers afstand.

NASA’s lasercommunicatietechnologie heeft ook het potentieel om de missiemogelijkheden aanzienlijk te verbeteren. Traditionele RF-systemen worden beperkt door hun bandbreedte en snelheid, en vereisen vaak een aanzienlijk vermogen om gegevens over grote afstanden te verzenden. Daarentegen worden lasersystemen gebruikt Hoogfrequent licht (in dit geval nabij-infraroodlicht), wat veel hogere gegevensdichtheden en dus hogere overdrachtssnelheden mogelijk maakt. Door de hogere frequentie van de laser kunnen meer gegevens per transmissie worden verzameld, wat een revolutie teweegbrengt in de manier waarop NASA communiceert met ruimtevaartuigen ver van de aarde.

Het succes van het DSOC-systeem bij het verzenden van high-definition gegevens over enorme afstanden is een cruciale stap in de richting van het ondersteunen van het soort missies dat NASA voor de toekomst voor ogen heeft, inclusief bemande missies naar Mars. Lasercommunicatietechnologie kan de tijd die nodig is voor het verzenden en ontvangen van informatie aanzienlijk verkorten, de missie-efficiëntie verbeteren en de mogelijkheden van diepe ruimteverkenning uitbreiden.

Toekomstige fasen van het DSOC-project

Hoewel de eerste fase van de DSOC-missie is afgelopen, heeft NASA plannen om de technologie te blijven testen en verbeteren. De volgende fase gaat over november 2024nadat het systeem een ​​korte downtime heeft doorgemaakt om de functionaliteit op lange termijn te testen. Ken AndriesDe vluchtoperatieleider voor het project bij JPL beschreef de volgende stappen: “We zullen de vluchtlasertransceiver inschakelen en een korte controle van de functionaliteit uitvoeren. Zodra dit is bereikt, kunnen we ernaar uitkijken om de transceiver optimaal te laten functioneren tijdens de fase na de aansluiting die op een later tijdstip begint.”

Deze volgende fase omvat het testen van het vermogen van het systeem om gedurende langere perioden en over grotere afstanden te functioneren, terwijl Psyche zijn reis naar de toekomst voortzet. Mineraalrijke asteroïde Het bevindt zich in de belangrijkste asteroïdengordel tussen Mars en Jupiter. De langdurige Psyche-missie zal meer mogelijkheden bieden om lasercommunicatie over lange perioden te testen, waardoor NASA belangrijke gegevens krijgt over hoe het systeem presteert in de uitdagende omstandigheden van de diepe ruimte.

De DSOC-missie wordt beheerd door NASA’s Directoraat Ruimtetechnologiemissie (STMD)ondersteund door vele partners, waaronder MIT Lincoln-laboratorium, L3 Harris, FibertechEn Optische observatoria van Caltech. Het display bouwt voort op jarenlang onderzoek en ontwikkeling op het gebied van optische communicatietechnologieën, die NASA via verschillende programma’s bevordert.