Новая экспериментальная антенна НАСА отслеживает лазеры дальнего космоса
По штатной книжке
Пасадена, Калифорния (JPL), 12 февраля 2024 г.
Экспериментальная антенна принимала как радиочастотные, так и лазерные сигналы ближнего инфракрасного диапазона от космического корабля НАСА «Психея», когда он путешествовал в глубоком космосе. Это показывает, что можно модифицировать гигантские тарельчатые антенны сети дальнего космоса НАСА (DSN), которые связываются с космическими кораблями посредством радиоволн, для оптической или лазерной связи.
Упаковывая больше данных в передачу, оптическая связь откроет новые возможности для исследования космоса, одновременно поддерживая DSN по мере роста спроса на сеть.
34-метровая (112 футов) гибридная радиооптическая антенна, названная Deep Space Station 13, с ноября 2023 года отслеживает лазер нисходящей линии связи во время демонстрации технологии Deep Space Optical Communications (DSOC) НАСА. Она летает вместе с космическим кораблем Psyche, связанным с агентство, которое было запущено 13 октября 2023 года.
Гибридная антенна расположена в комплексе дальней космической связи DSN Голдстоун, недалеко от Барстоу, Калифорния, и не является частью эксперимента DSOC. DSN, DSOC и Psyche управляются Лабораторией реактивного движения НАСА в Южной Калифорнии.
«Наша гибридная антенна смогла успешно и надежно захватить и отслеживать нисходящий канал DSOC вскоре после начала демонстрации технологии», — сказала Эми Смит, заместитель директора DSN в JPL. «Он также получил радиочастотный сигнал Психеи, поэтому мы впервые продемонстрировали одновременную радио- и оптическую связь в глубоком космосе».
В конце 2023 года гибридная антенна передала данные на расстояние 20 миллионов миль (32 миллиона километров) со скоростью 15,63 мегабита в секунду — примерно в 40 раз быстрее, чем радиочастотная связь на таком расстоянии. 1 января 2024 года антенна связала изображение команды, загруженное в DSOC перед запуском Psyche.
Два по цене одного
Для обнаружения лазерных фотонов (частиц квантового света) семь сверхточных сегментированных зеркал прикреплены к внутренней части изогнутой поверхности гибридной антенны. Эти части напоминают шестиугольные зеркала космического телескопа Джеймса Уэбба НАСА и имитируют светособирающую апертуру телескопа с апертурой 3,3 фута (1 метр). Когда лазерные фотоны достигают антенны, каждое зеркало точно отражает и перенаправляет фотоны на камеру с высокой экспозицией, прикрепленную к субрефлектору антенны, подвешенному над центром тарелки.
Лазерный сигнал, собранный камерой, затем передается через оптическое волокно, которое питает криогенно охлаждаемый полупроводниковый нанопроволочный однофотонный детектор. Детектор был спроектирован и изготовлен Лабораторией приборов Лаборатории реактивного движения и идентичен детектору, используемому в Паломарской обсерватории Калифорнийского технологического института в округе Сан-Диего, Калифорния, которая служит наземной станцией нисходящей линии связи для DSOC.
«Это очень прочная оптическая система, построенная на 34-метровой гибкой конструкции», — сказала Барзея Техрани, заместитель директора по наземным системам связи и менеджер по доставке гибридных антенн в JPL. «Мы используем систему зеркал, крошечных датчиков и камер для выравнивания и направления лазера из глубокого космоса к волокнам, достигающим детектора».
Тегерани надеется, что антенна будет достаточно чувствительной, чтобы обнаружить лазерный сигнал, посланный с Марса, в самой дальней точке от Земли (в 2,05 раза больше расстояния от Солнца до Земли). Психея будет находиться на этом расстоянии в июне на пути к главному поясу астероидов между Марсом и Юпитером, чтобы исследовать богатый металлами астероид Психея.
Семисегментный рефлектор на антенне является доказательством концепции более крупной и мощной версии с 64 сегментами — эквивалента телескопа с апертурой 26 футов (8 м), — которую можно будет использовать в будущем.
Инфраструктурное решение
DSOC прокладывает путь к более высокой скорости передачи данных, способной передавать сложную научную информацию, видео высокой четкости и изображения для поддержки следующего гигантского скачка человечества: отправки людей на Марс. Недавно во время демонстрации технологии было показано первое видео сверхвысокой четкости из глубокого космоса с рекордной скоростью передачи данных.
Модернизация радиочастотных антенн оптическими терминалами и создание специальных гибридных антенн могут стать решением проблемы нынешнего отсутствия специализированной оптической наземной инфраструктуры. У DSN есть 14 блюд, распределенных по объектам в Калифорнии, Мадриде и Канберре, Австралия. Гибридные антенны могут полагаться на оптическую связь для приема больших объемов данных и использовать радиочастоты для менее ресурсоемких данных, таких как телеметрия (информация о состоянии и местоположении).
«На протяжении десятилетий мы добавляли новые радиочастоты к существующим гигантским антеннам DSN по всему миру, поэтому наиболее реальным следующим шагом будет включение оптических частот», — сказал Тегерани. «У нас может быть один актив, который будет выполнять две задачи одновременно: превратить наши методы связи в скоростные и сэкономить время, деньги и ресурсы».
Ссылки по теме
Оптическая связь НАСА
Новости космических технологий — Приложения и исследования
«Главный евангелист пива. Первопроходец в области кофе на протяжении всей жизни. Сертифицированный защитник Твиттера. Интернетоголик. Практикующий путешественник».
More Stories
Ученые раскрыли секреты потери морских звезд и возобновления роста конечностей
Комплексное мероприятие сообщества людей с деменцией в Ратуте, посвященное Всемирному месяцу борьбы с болезнью Альцгеймера.
Новое исследование массивного надвига предполагает, что следующее большое землетрясение может быть неизбежным