Новая экспериментальная антенна НАСА отслеживает лазеры дальнего космоса

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