NASA recebe comunicações a laser a uma distância de mais de 140 milhões de milhas

Uma equipe prepara a espaçonave Psyche da NASA para lançamento dentro do Centro de Operações Espaciais Astrotech, perto do Centro Espacial Kennedy da agência, na Flórida, em 8 de dezembro de 2022. Psyche será lançada a bordo de um foguete SpaceX Falcon Heavy do Complexo de Lançamento 39A em Kennedy. Crédito: NASA/Ben Smigelski

NASAO Deep Space Optical Communications Experiment também interagiu pela primeira vez com o sistema de comunicações da espaçonave Psyche, transmitindo dados de engenharia de volta à Terra.

A bordo da espaçonave Psyche da NASA, a demonstração da tecnologia de comunicações ópticas no espaço profundo da agência continua a bater recordes. Embora a nave espacial com destino a asteróides não dependa de comunicações ópticas para enviar dados, a nova tecnologia provou estar à altura da tarefa. Depois de interagir com o transmissor de radiofrequência de Psyche, o display de comunicações a laser transmitiu uma cópia dos dados de engenharia a uma distância de mais de 140 milhões de milhas (226 milhões de quilômetros), equivalente a uma vez e meia a distância entre a Terra e o Sol.

Esta conquista dá uma ideia de como as naves espaciais utilizarão as comunicações ópticas no futuro, permitindo comunicações com taxas de dados mais elevadas de informações científicas complexas, bem como imagens e vídeos de alta definição para apoiar o próximo salto gigante da humanidade: enviar seres humanos para o espaço. Marte.

Esta visualização mostra a posição da espaçonave Psyche em 8 de abril, quando o transceptor laser aeronáutico DSOC transmitiu dados a uma taxa de 25 megabits por segundo ao longo de um alcance de 140 milhões de milhas para uma estação de downlink na Terra. Fonte da imagem: NASA/JPL-Caltech

“Entregamos cerca de 10 minutos de dados duplicados da espaçonave durante seu sobrevoo em 8 de abril”, disse Meera Srinivasan, líder de operações do projeto no Laboratório de Propulsão a Jato da NASA no sul da Califórnia. “Até então, transmitíamos dados de teste e diagnóstico em nossos downlinks do Psyche. Isso representa um marco importante para o projeto, mostrando como as comunicações ópticas podem interagir com o sistema de comunicações de radiofrequência da espaçonave.”

A tecnologia de comunicação a laser nesta demonstração foi projetada para transmitir dados do espaço profundo a taxas 10 a 100 vezes mais rápidas do que os modernos sistemas de radiofrequência usados ​​atualmente pelas missões no espaço profundo.

Após o seu lançamento em 13 de outubro de 2023, a sonda permanece intacta e estável durante a sua viagem até à principal cintura de asteróides entre Marte e a Terra. Júpiter Para visitar o próprio asteróide.

Supere as expectativas

A demonstração de comunicações ópticas da NASA mostrou que ela pode transmitir dados de teste a uma taxa máxima de 267 megabits por segundo (Mbps) do laser downlink infravermelho próximo do transceptor laser – uma taxa de bits semelhante às velocidades de download da Internet de banda larga.

Isto foi conseguido em 11 de dezembro de 2023, quando a experiência enviou um vídeo de alta resolução de 15 segundos para a Terra a uma distância de 31 milhões de quilómetros, ou cerca de 80 vezes a distância entre a Terra e a Lua. Vídeo, juntamente com outros dados de testes, incluindo versões digitais da Arizona State University Psicologicamente inspirado A arte foi enviada para um transceptor laser de aviação (veja a imagem abaixo) antes do lançamento do Psyche no ano passado.

O transceptor laser Deep Space Optical Communications (DSOC) está em exibição no Laboratório de Propulsão a Jato da NASA no sul da Califórnia em abril de 2021, antes de ser instalado dentro de sua caixa quadrada que mais tarde foi integrada à espaçonave Psyche da NASA. O transceptor consiste em um transmissor de laser infravermelho próximo para enviar dados em alta velocidade para a Terra e uma câmera sensível de contagem de fótons para receber dados em baixa velocidade enviados da Terra. O transceptor é montado em um conjunto de suportes e atuadores – mostrados nesta imagem – que estabilizam a óptica das vibrações da espaçonave. Fonte da imagem: NASA/JPL-Caltech

Agora que a espaçonave está sete vezes mais distante, a taxa com que ela pode enviar e receber dados diminuiu, como esperado. Durante o teste de 8 de Abril, a sonda transmitiu dados de teste a uma taxa máxima de 25 Mbps, excedendo em muito o objectivo do projecto de provar que pelo menos 1 Mbps pode ser alcançado a essa distância.

A equipe do projeto também instruiu o transceptor a transmitir opticamente os dados gerados pelo Psyche. Enquanto Psyche transmitia dados através de seu canal de radiofrequência para a Deep Space Network (DSN) da NASA, o sistema de comunicações ópticas transmitia simultaneamente uma parte dos mesmos dados para o Telescópio Hale no Observatório Palomar da Caltech no condado de San Diego, Califórnia. demonstração da tecnologia de estações terrenas de downlink.

“Depois de receber os dados da DSN e Palomar, verificamos visualmente os dados associados em Laboratório de Propulsão a Jatodisse Ken Andrews, líder de operações de voo do projeto no JPL. “Foi uma pequena quantidade de dados transferidos em um curto período de tempo, mas o fato de estarmos fazendo isso agora superou todas as nossas expectativas.”

Diversão com lasers

Após o lançamento do Psyche, a demonstração de comunicações ópticas foi inicialmente usada para vincular dados pré-carregados, incluindo dados Vídeo do gato Taters. Desde então, o projeto provou que o transceptor pode receber dados de… Laser de uplink de alta potência Nas instalações do JPL em Table Mountain, perto de Wrightwood, Califórnia. Os dados também podem ser enviados para um transceptor e depois ligados de volta à Terra na mesma noite, como o projecto demonstrou numa recente “experiência de transformação”.

Esta experiência transmitiu dados de testes – bem como fotos digitais de animais de estimação – para Psyche e vice-versa, numa viagem de ida e volta de até 280 milhões de milhas (450 milhões de quilómetros). Também comunicou grandes quantidades de dados de engenharia para a demonstração de tecnologia para estudar as propriedades do link de comunicações ópticas.

“Aprendemos muito sobre até onde podemos levar o sistema quando temos céu limpo Tempestades “Eles interromperam as operações em Table Mountain e Palomar às vezes”, disse Ryan Rogalin, líder de projeto de eletrônicos de receptores no JPL. (Embora as comunicações por radiofrequência possam operar na maioria das condições climáticas, as comunicações ópticas requerem céu relativamente limpo para transmitir dados em alta largura de banda.)

A Deep Space Station 13 no Complexo Goldstone da NASA na Califórnia – parte da Deep Space Network da agência – é uma antena experimental adaptada com uma estação óptica. Inicialmente, esta prova de conceito recebeu sinais de radiofrequência e laser do espaço profundo ao mesmo tempo. Fonte da imagem: NASA/JPL-Caltech

O JPL liderou recentemente um experimento para combinar Palomar, uma antena óptica experimental de radiofrequência no Complexo Goldstone Deep Space Communications da DSN em Barstow, Califórnia, e um detector em Table Mountain para receber o mesmo sinal em conjunto. “Organizar” múltiplas estações terrestres para imitar um grande receptor pode ajudar a aumentar o sinal do espaço profundo. Esta estratégia também pode ser útil se uma estação terrestre for forçada a ficar offline devido às condições meteorológicas; Outras estações ainda podem receber o sinal.

Mais sobre a missão

Esta demonstração, gerenciada pelo JPL, é a mais recente de uma série de experimentos de comunicações ópticas financiados pelo programa Technology Demonstration Mission (TDM) da NASA e pelo programa SCaN (Space Communications and Navigation) da agência dentro da Diretoria de Missões de Operações Espaciais. O desenvolvimento do transceptor laser para aviação é apoiado por Instituto de Tecnologia de Massachusetts Lincoln Laboratory, L3 Harris, CACI, First Mode, Controlled Dynamics Inc., Fibretek, Coherent e Dotfast suportam sistemas terrestres. Parte dessa tecnologia foi desenvolvida por meio do Programa de Pesquisa de Inovação para Pequenas Empresas da NASA.

A Arizona State University lidera a missão Psyche. O JPL é responsável pelo gerenciamento geral da missão, engenharia de sistemas, integração e teste e operações da missão. Psyche é a 14ª missão selecionada como parte do Programa de Exploração da NASA sob a Diretoria de Missões Científicas, que é gerenciada pelo Marshall Space Flight Center da agência em Huntsville, Alabama. O Programa de Serviços de Lançamento da NASA, com sede no Centro Espacial Kennedy da agência, na Flórida, gerenciou o serviço de lançamento. A Maxar Technologies forneceu o chassi da espaçonave de propulsão elétrica solar de alta energia de Palo Alto, Califórnia.