Вторник, 27 февраля, 2024
ДомойКосмосГибридная антенна НАСА открывает новую эру лазерной связи в дальнем космосе

Гибридная антенна НАСА открывает новую эру лазерной связи в дальнем космосе

- Advertisement -

Станция глубокого космоса 13 в комплексе НАСА Голдстоун в Калифорнии – часть сети дальнего космоса агентства – представляет собой экспериментальную антенну, оснащенную оптическим терминалом. Впервые это доказательство концепции одновременно получало как радиочастотные, так и лазерные сигналы из глубокого космоса. Фото: НАСА/Лаборатория реактивного движения-Калифорнийский технологический институт.

НАСАВнедрение гибридной антенны в DSN знаменует собой значительный прогресс в космической связи, обеспечивая более быструю передачу данных и удовлетворяя потребности будущих исследований.

Гибридная антенна DSN, способная принимать как радиочастотные, так и оптические сигналы, отслеживала и декодировала лазер нисходящей линии связи с DSOC на борту миссии НАСА Psyche.

Экспериментальная антенна принимала как радиочастотные, так и лазерные сигналы ближнего инфракрасного диапазона от космического корабля НАСА «Психея», путешествующего в глубоком космосе. Это показывает, что это возможно для гигантских тарелочных антенн сети дальнего космоса НАСА (ДСН), которые общаются с космическими кораблями посредством радиоволн и подлежат модернизации для оптической или лазерной связи.

Упаковывая больше данных в передачу, оптическая связь откроет новые возможности исследования космоса, одновременно поддерживая DSN по мере необходимости в сети. растет.

Крупный план оптического терминала на станции глубокого космоса 13 показывает семь шестиугольных зеркал, которые собирают сигналы от лазера нисходящей линии связи DSOC. Зеркала отражают свет в камеру, расположенную прямо над ней, а затем сигнал отправляется на детектор через систему оптического волокна. Фото: НАСА/Лаборатория реактивного движения-Калифорнийский технологический институт.

Улучшения в связи в дальнем космосе

34-метровая (112 футов) радиочастотно-оптическая гибридная антенна, названная Deep Space Station 13, отслеживает лазер нисходящей линии связи во время демонстрации технологии Deep Space Optical Communications (DSOC) НАСА с ноября 2023 года. Летающий лазерный приемопередатчик технической демонстрации (см. изображение ниже) летит на космическом корабле агентства Psyche, запущенном 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 находятся в ведении Лаборатории реактивного движения НАСА в Южной Калифорнии.

Лазерный приемопередатчик для демонстрации технологии Deep Space Optical Communication (DSOC) показан в Лаборатории реактивного движения НАСА в Южной Калифорнии в апреле 2021 года, а затем установлен внутри коробчатого корпуса, который позже был интегрирован с космическим кораблем НАСА Psyche. Приемопередатчик состоит из ближнего инфракрасного лазерного передатчика для отправки высокоскоростных данных на Землю и чувствительной камеры для подсчета фотонов для приема низкоскоростных данных, передаваемых с земли. Приемопередатчик установлен на сборке стоек и приводов, показанных на этой фотографии, которые стабилизируют оптику от вибраций космического корабля. Фото: НАСА/Лаборатория реактивного движения-Калифорнийский технологический институт.

«Наша гибридная антенна смогла успешно и надежно захватывать и отслеживать нисходящий канал DSOC вскоре после запуска технической демонстрации», — сказала Эми Смит, заместитель менеджера DSN в компании. Лаборатория реактивного движения. «Он также получил радиочастотный сигнал Психеи, поэтому мы впервые продемонстрировали синхронную радио- и оптическую связь в дальнем космосе».

В конце 2023 года гибридная антенна передала данные на расстоянии 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 передала фотографию команды, которая была загружена в DSOC перед запуском Psyche.

Теперь, когда экспериментальная гибридная антенна Голдстоуна доказала, что и радио, и лазерные сигналы могут быть приняты одной и той же антенной синхронно, специально созданные гибридные антенны (подобные той, что изображена здесь в концепции художника) однажды могут стать реальностью. Фото: НАСА/Лаборатория реактивного движения-Калифорнийский технологический институт.

Прорыв в двойной функциональности

Чтобы обнаружить фотоны лазера (квантовые частицы света), семь сверхточных сегментированных зеркал были прикреплены к внутренней части изогнутой поверхности гибридной антенны. Похожий на шестиугольные зеркала НАСА Космический телескоп Джеймса УэббаЭти сегменты имитируют светособирающую апертуру телескопа с апертурой 3,3 фута (1 метр). Когда лазерные фотоны достигают антенны, каждое зеркало отражает фотоны и точно перенаправляет их в камеру с высокой экспозицией, прикрепленную к вспомогательному отражателю антенны, подвешенному над центром тарелки.

Лазерный сигнал, собранный камерой, затем передается через оптическое волокно, которое подается в криогенно охлажденную полупроводниковую одиночную нанопроволоку. фотон детектор. Спроектирован и построен JPL. Лаборатория микроприборовДетектор идентичен детектору (см. изображение ниже), используемому в Паломарской обсерватории Калифорнийского технологического института в округе Сан-Диего, Калифорния, которая действует как наземная станция нисходящей линии связи DSOC.

Здесь показана идентичная копия сверхпроводящего однофотонного детектора Deep Space Optical Communications, или DSOC, который соединен с 200-дюймовым (5,1-метровым) телескопом Хейла, расположенным в Паломарской обсерватории Калифорнийского технологического института в округе Сан-Диего, Калифорния. Детектор, созданный Лабораторией микроустройств Лаборатории реактивного движения НАСА в Южной Калифорнии, предназначен для приема лазерных сигналов ближнего инфракрасного диапазона от бортового приемопередатчика DSOC, путешествующего с миссией НАСА Psyche в глубоком космосе в рамках демонстрации технологии. Фото: НАСА/Лаборатория реактивного движения-Калифорнийский технологический институт.

«Это оптическая система с высокими допусками, построенная на 34-метровой гибкой конструкции», — сказала Барзия Техрани, заместитель менеджера по наземным системам связи и менеджер по поставке гибридной антенны в Лаборатории реактивного движения. «Мы используем систему зеркал, точных датчиков и камер для активного выравнивания и направления лазера из глубокого космоса в волокно, достигающее детектора».

Тегерани надеется, что антенна будет достаточно чувствительной, чтобы обнаружить лазерный сигнал, посланный Марс в самой дальней точке от Земли (в 2,5 раза больше расстояния от Солнца до Земли). Психея окажется на таком расстоянии в июне на пути к главному поясу астероидов между Марсом и Марсом. Юпитер для исследования богатого металлами астероида Психея.

Семисегментный рефлектор на антенне является доказательством концепции увеличенной и более мощной версии с 64 сегментами – эквивалента телескопа с апертурой 26 футов (8 метров) – которая может быть использована в будущем.

Во время испытания экспериментальной антенны эта фотография проектной группы из Лаборатории реактивного движения была передана по сети приемопередатчиком DSOC на борту «Психеи». Фото: НАСА/Лаборатория реактивного движения-Калифорнийский технологический институт.

Перспективы на будущее и развитие инфраструктуры

DSOC прокладывает путь к средствам связи с более высокой скоростью передачи данных, способным передавать сложную научную информацию, видео и изображения высокой четкости в поддержку следующего гигантского скачка человечества: отправить людей на Марс. Техническая демонстрация недавно транслировала 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 отсутствия специальной наземной оптической инфраструктуры. У DSN есть 14 тарелок, 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 гигантским антеннам DSN, расположенным по всему миру, поэтому наиболее осуществимым следующим шагом будет включение оптических частот», — сказал Тегерани. «У нас может быть один актив, выполняющий два дела одновременно; превращая наши пути сообщения в автомагистрали и экономя время, деньги и ресурсы».

Миссия и технологические достижения

DSOC является последней из серии демонстраций оптической связи, финансируемых программой NASA Technology Demonstration Missions (TDM) и программой агентства Space Communications and Navigation (SCaN). JPL, подразделение Калифорнийского технологического института в Пасадене, Калифорния, управляет DSOC для TDM в Управлении космических технологий НАСА и SCaN в Управлении космических операций агентства.

Исходная ссылка

- Advertisement -

Популярное по теме