Демонстрация технологии оптической связи в глубоком космосе завершила несколько ключевых этапов, кульминацией которых стала отправка сигнала на самое удаленное от Земли расстояние на Марсе. Этим летом демонстрация технологии оптической связи НАСА в дальнем космосе побила еще один рекорд в области лазерной связи, отправив лазерный сигнал с Земли на космический аппарат НАСА Psyche, находящийся на расстоянии около 290 миллионов миль (460 миллионов километров). Это такое же расстояние между нашей планетой и Марсом, когда две планеты находятся дальше всего друг от друга.
Вскоре после достижения этого рубежа, 29 июля, демонстрация технологии завершила первый этап ее эксплуатации с момента запуска на борту Psyche 13 октября 2023 года.
"Это очень важная веха. Лазерная связь требует очень высокого уровня точности, и до того, как мы запустили Psyche, мы не знали, насколько сильно ухудшится производительность на самых дальних расстояниях", - сказала Мира Сринивасан, руководитель проекта в Лаборатории реактивного движения НАСА в Южной Калифорнии. "Теперь методы, которые мы используем для отслеживания и наведения, были проверены, подтверждая, что оптическая связь может стать надежным и преобразующим способом исследования Солнечной системы".
Управляемый JPL эксперимент по оптической связи в дальнем космосе состоит из бортового лазерного приемопередатчика и двух наземных станций. Исторический 200-дюймовый (5-метровый) телескоп Хейла с апертурой Hale, установленный в Паломарской обсерватории Калифорнийского технологического института в округе Сан-Диего, Калифорния, действует как станция нисходящей связи, на которую лазерный приемопередатчик передает данные из глубокого космоса. Лаборатория оптических телескопов связи на базе Лаборатории лабораторных исследований в Тейбл-Маунтин близ Райтвуда, Калифорния, выступает в качестве станции восходящей связи, способной передавать лазерную мощность в 7 киловатт для передачи данных на приемопередатчик.
Передавая данные со скоростью, в 100 раз превышающей радиочастоты, лазеры могут обеспечить передачу сложной научной информации, а также изображений и видео высокой четкости, которые необходимы человечеству для следующего гигантского скачка, когда астронавты отправятся на Марс и за его пределы.
Что касается космического аппарата, то Psyche остается исправным и стабильным, используя ионный двигатель для ускорения к богатому металлами астероиду в главном поясе астероидов между Марсом и Юпитером.
Достижение поставленных целей
Данные, используемые для демонстрации технологии, передаются в Psyche и из Psyche в виде битов, закодированных в ближнем инфракрасном диапазоне, частота которого выше, чем у радиоволн. Более высокая частота позволяет передавать больше данных, что обеспечивает гораздо более высокую скорость передачи данных.
Даже когда "Психея" находилась на расстоянии около 33 миллионов миль (53 миллионов километров) — что сопоставимо с самым близким сближением Марса с Землей — демонстрация технологии позволяла передавать данные с максимальной скоростью 267 мегабит в секунду. Эта скорость передачи данных аналогична скорости загрузки данных из широкополосного Интернета. Как и ожидалось, по мере удаления космического аппарата скорость, с которой он может отправлять и получать данные, снижается.
24 июня, когда Психея находилась на расстоянии около 240 миллионов миль (390 миллионов километров) от Земли, что более чем в 2,5 раза превышает расстояние между нашей планетой и Солнцем, проект обеспечил устойчивую скорость передачи данных по нисходящей линии 6,25 мегабит в секунду при максимальной скорости 8,3 мегабит в секунду. Хотя эта скорость значительно ниже максимальной в эксперименте, она намного превышает то, чего может достичь система радиочастотной связи, использующая сопоставимую мощность, на таком расстоянии.
Это тест
Цель оптической связи в дальнем космосе - продемонстрировать технологию, которая может надежно передавать данные на более высоких скоростях, чем другие технологии космической связи, такие как радиочастотные системы. Стремясь достичь этой цели, участники проекта получили возможность протестировать уникальные наборы данных, такие как изображения и видео высокой четкости, а также технические данные с космического аппарата Psyche.
Например, одна из ссылок содержала цифровые версии иллюстраций Университета штата Аризона, "вдохновленных психикой", изображения домашних животных команды и 45-секундное видео сверхвысокой четкости, которое имитирует образцы телевизионных тестов прошлого века и изображает сцены с Земли и космоса.
В ходе демонстрации технологии было продемонстрировано первое видео сверхвысокой четкости из космоса с участием кота по кличке Тейтерс, отправленное космическим аппаратом Psyche на Землю 11 декабря 2023 года с расстояния 19 миллионов миль.
"Ключевой целью системы было доказать, что снижение скорости передачи данных пропорционально обратному квадрату расстояния", - сказал Аби Бисвас (Abi Biswas), технолог проекта по демонстрации технологии в JPL. "Мы достигли этой цели и передали огромное количество тестовых данных на космический аппарат Psyche и с него с помощью лазера". На первом этапе демонстрации было передано почти 11 терабит данных.
Бортовой приемопередатчик выключен и будет снова включен 4 ноября. Это действие докажет, что бортовое оборудование может работать как минимум год.
"Мы включим лазерный приемопередатчик flight и проведем краткую проверку его функциональности", - сказал Кен Эндрюс, руководитель проекта flight operations в JPL. - Как только это будет достигнуто, мы сможем рассчитывать на то, что трансивер будет работать в полном объеме на своих проектных мощностях на этапе послеподключения, который начнется позже в этом году".
