NASA eksperimenterer vellykket med optiske antenner, og åpner et nytt kapittel i Deep Space Laser Communications

Nylig kunngjorde NASA at en hybridantenne i Deep Space Network (DSN) har sporet og dekodet nær-infrarøde lasersignaler fra romfartøyet "Prosaic".
Denne eksperimentelle antennen har ikke bare evnen til å motta RF-signaler, men har også vellykket realisert mottak og prosessering av optiske signaler, noe som gir nye muligheter for utvikling av dypromlaserkommunikasjonsteknologi.
I dette eksperimentet låste antennen seg på RF- og nær-infrarøde lasersignaler som sendes ut av Psyker-romfartøyet under sin flytur dypt i verdensrommet, og demonstrerte potensialet til DSNs gigantiske parabolantenne til å gå over til optisk/laserkommunikasjon. Denne overgangen vil ikke bare forbedre romutforskningen, men vil også gi mer robust støtte for deep space-nettverk etter hvert som nettverkskravene øker.
Hybridantennen, kalt Deep Space Station 13, er plassert ved Goldstone Deep Space Communications Center nær Barstow, California. Siden november 2023 har den sporet nedlinklasere for NASAs demonstrasjon av Deep Space Optical Communications (DSOC) teknologi. Den flygende lasertransceiveren for denne teknologidemonstrasjonen er ombord byråets oppskyting av romfartøyet Psyker 13. oktober 2023.
DSN-, DSOC- og Psyche-programmene administreres alle av NASAs Jet Propulsion Laboratory (JPL) i Sør-California. "Kort etter at teknologidemonstrasjonen ble startet, låste vår hybridantenne seg vellykket og pålitelig på DSOC-nedkoblingen og fanget opp Psyche-radiofrekvenssignalet. Dette er en milepæl for vår første synkroniserte radio- og optiske frekvens dypromskommunikasjon."
På slutten av 2023 lastet hybridantennen ned data fra Pursek-romfartøyet, som er 20 millioner miles (32 millioner kilometer) unna, med en hastighet på 15,63 megabit per sekund, som er omtrent 40 ganger raskere enn radiofrekvenskommunikasjon over samme avstand. Innen 1. januar 2024 hadde antennen lastet ned et annet lagbilde som hadde blitt lastet opp til DSOC før lanseringen av Psyker.
Spesifikke mekanismer
For å muliggjøre deteksjon av laserfotoner, er syv ultrapresise segmenterte speil montert inne i hybridantennen. Disse speilene etterligner den lyssamlende blenderåpningen til et 3,3- fot (1-meter) teleskop med blenderåpning, og når laserfotoner når antennen, reflekterer hvert speil fotonene og omdirigerer dem nøyaktig til en høy- eksponeringskamera. Lasersignalene som samles inn av kameraet, blir deretter overført via fiberoptikk til en kryogenisk avkjølt halvleder nanotråd-enkelfoton-detektor, som ble designet og konstruert av Microdevice Laboratory ved Jet Propulsion Laboratory (JPL).
Barzia Tehrani, JPLs nestleder og leveringssjef for hybridantennekommunikasjonsjordsystemer, sa: "Dette er et svært kompatibelt optisk system bygget på en 34-meter fleksibel struktur. Vi bruker et system med speil, presisjonssensorer og kameraer for å justere og lede laserlyset aktivt fra det dype rommet inn i den optiske fiberen som når detektoren."
Han avslørte også at teamet håper at antennen i fremtiden vil være i stand til å oppdage lasersignaler som kommer fra Mars på det lengste punktet fra jorden (2,5 ganger avstanden fra solen til jorden). Psyker vil nå denne avstanden i juni, og reise til hovedasteroidebeltet mellom Mars og Jupiter for å undersøke den metallrike asteroiden Psyker.
Det syv-segmentsspeilet på antennen er et proof-of-concept som vil tillate fremtidig bruk av et mye større og kraftigere 64-segmentspeil - tilsvarende en 26-fot ({{ 6}} meter) blenderteleskop.
Infrastrukturløsninger
DSOC baner vei for kommunikasjon med høyere datahastighet som er i stand til å overføre kompleks vitenskapelig informasjon, video og høyoppløselige bilder til støtte for menneskehetens neste gigantiske sprang: å sende mennesker til Mars. En nylig demonstrasjon av teknologien har vellykket overført den første ultra-høydefinisjonsvideoen fra verdensrommet med rekordbithastighet, og markerer et stort gjennombrudd innen kommunikasjon i dypt rom.
DSN (Deep Space Network) har 14 steder rundt om i verden, lokalisert i California, Madrid og Canberra, Australia. Disse hybridantennene er i stand til å motta store mengder data ved hjelp av optisk kommunikasjon, supplert med radiofrekvenser for å motta mindre båndbreddedata, for eksempel telemetridata (inkludert romfartøyets helse- og posisjonsinformasjon).