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

Uma equipe se prepara para lançar a espaçonave Psyche da NASA dentro do Astrotech Space Operations Facility, perto do Centro Espacial Kennedy da agência, na Flórida, em 8 de dezembro de 2022. Psych será lançado no topo de um foguete SpaceX Falcon Heavy do Complexo de Lançamento 39A em Kennedy. Crédito: NASA/Ben Smegelsky

NASAO Experimento de Comunicações Ópticas In Deep Space é o primeiro a fazer interface com o sistema de comunicações da espaçonave Psych e transmitir dados de engenharia para a 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 transmitir dados, a nova tecnologia provou que está à altura da tarefa. Depois de interagir com o transmissor de radiofrequência do Psych, a demonstração de comunicações a laser transmitiu uma cópia dos dados de engenharia a uma distância de 140 milhões de milhas (226 milhões de quilômetros), que é 1½ vezes a distância entre a Terra e o Sol.

A conquista fornece um vislumbre de como futuras espaçonaves poderiam usar comunicações ópticas para permitir comunicações de alta taxa de dados de informações científicas complexas e imagens e vídeos de alta definição para apoiar o próximo salto gigante da humanidade: o envio de seres humanos. terça-feira.

Posição da espaçonave Psyche em 8 de abril de 2024

Esta visualização mostra a posição da espaçonave Psych em 8 de abril, quando o transceptor laser de vôo DSOC transmitiu dados a 25 Mbps para uma estação de downlink na Terra a mais de 140 milhões de milhas de distância. Crédito: NASA/JPL-Caltech

“Durante o lançamento em 8 de abril, transferimos cerca de 10 minutos de dados duplicados da espaçonave”, disse Meera Srinivasan, que lidera as operações do projeto no Laboratório de Propulsão a Jato da NASA, no sul da Califórnia. Representa um marco significativo para o projeto, mostrando como as comunicações ópticas podem interagir com o sistema de comunicação de radiofrequência da espaçonave.

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

Após o lançamento em 13 de outubro de 2023, a espaçonave está saudável e estável enquanto viaja em direção ao principal cinturão de asteróides entre Marte e Marte. Quinta-feira Para ver o ciclo dos asteróides.

Excede Expectativas

A Demonstração de Comunicações Ópticas da NASA mostrou que os dados de teste poderiam ser transmitidos a partir do laser downlink infravermelho próximo do transceptor a laser em voo a uma taxa máxima de 267 megabits por segundo (Mbps) – uma taxa de bits comparável às velocidades de download da Internet de banda larga.

Isso foi alcançado em 11 de dezembro de 2023, quando o experimento transmitiu um vídeo de ultra-alta definição de 15 segundos para a Terra a uma distância de 31 milhões de quilômetros (31 milhões de quilômetros, ou cerca de 80 vezes a distância Terra-Lua). Vídeo com outros dados experimentais, incluindo versões digitais da Arizona State University Induzido psicologicamente A arte foi carregada no transceptor laser da aeronave antes do lançamento do Psych no ano passado (veja a imagem abaixo).

Transceptor laser de voo DSOC

O transceptor de laser de demonstração de tecnologia de comunicações ópticas do espaço profundo (DSOC) foi mostrado no Laboratório de Propulsão a Jato da NASA no sul da Califórnia em abril de 2021, antes de ser instalado dentro de seu gabinete em forma de caixa e então integrado à espaçonave Psyche da NASA. O transceptor consiste em um transmissor de laser infravermelho próximo para transmitir dados de alta taxa para a Terra e uma câmera sensível de contagem de fótons para receber dados de baixa taxa transmitidos do solo. O transceptor é montado em um conjunto de suportes e atuadores – mostrados nesta foto – que estabiliza a óptica das vibrações da espaçonave. Crédito: NASA/JPL-Caltech

Agora que a espaçonave está mais de sete vezes mais distante, a taxa com que ela pode transmitir e receber dados é reduzida conforme o esperado. Durante o teste de 8 de abril, a espaçonave transmitiu dados de teste a uma taxa máxima de 25 Mbps, superando a meta do programa de demonstrar que pelo menos 1 Mbps era possível àquela distância.

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A equipe do projeto ordenou que o transceptor transmitisse opticamente os dados gerados pela alma. Enquanto Psyche enviava dados para a Deep Space Network (DSN) da NASA por meio de sua radiofrequência, o Sistema de Comunicações Ópticas transmitia simultaneamente uma parte dos mesmos dados para o Telescópio Hale no Laboratório Palomar da Caltech no condado de San Diego, Califórnia – o primeiro da tecnologia demonstração. Estação terrestre de downlink.

“Depois de receber os dados da DSN e Palomar, verificamos os dados ópticos do downlink. JPL”, disse Ken Andrews, líder de operações de voo do programa no JPL. “Uma pequena quantidade de dados foi armazenada em um curto período de tempo, mas o fato de estarmos fazendo isso agora excede todas as nossas expectativas”.

Diversão com lasers

Após o lançamento do Psych, a demonstração de comunicações ópticas foi usada para fazer downlink dos dados inicialmente carregados. Vídeo de gato batendo. Desde então, o projeto demonstrou que pode receber dados do transceptor Laser de uplink de alta potência nas instalações do JPL em Table Mountain, perto de Wrightwood, Califórnia. Como o projeto demonstrou numa recente “experiência de reviravolta”, os dados podem ser transmitidos ao transceptor e retransmitidos à Terra na mesma noite.

O experimento enviou dados de teste – bem como fotos digitais de animais de estimação – para Psych. Ela extraiu grandes quantidades de dados de engenharia do próprio TechDemo para estudar as características da conectividade de comunicações ópticas.

“Aprendemos muito sobre até onde podemos levar o sistema quando o céu está limpo Tempestades Às vezes, isso interrompeu as operações em Table Mountain e Palomar”, disse Ryan Rogalin, líder de eletrônica de receptores do programa 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.)

Estação Espacial Profunda 13 com terminal óptico

A Deep Space Station 13 no Goldstone Campus da NASA na Califórnia – parte da Deep Space Network da agência – é uma antena experimental adaptada com um terminal óptico. Primeiro, a prova deste conceito recebeu sinais de radiofrequência e laser do espaço profundo ao mesmo tempo. Crédito: NASA/JPL-Caltech

JBL recentemente liderou um experimento no Goldstone Deep Space Communications Complex da DSN em Barstow, Califórnia, combinando uma antena óptica de radiofrequência experimental e um detector na Table Mountain para receber o mesmo sinal em conjunto. “Correr” com várias estações terrestres para refletir um grande receptor pode ajudar a aumentar o sinal do espaço profundo. Esta estratégia também é útil se uma estação terrestre for forçada a ficar off-line devido ao clima; Outras estações ainda poderão receber o sinal.

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Mais sobre a missão

A demonstração, gerenciada pelo JPL, é a mais recente de uma série de experimentos de comunicações ópticas financiados pelo programa Technology Demonstration Missions (TDM) da Diretoria de Tecnologia Espacial da NASA. O desenvolvimento de transceptor laser para aeronaves é apoiado com Lincoln Laboratory, L3 Harris, CACI, First Mode e Controlled Dynamics Inc. e Fibertek, Coherent e Dotfast suportam sistemas terrestres. Parte da tecnologia foi desenvolvida através do Programa de Pesquisa de Inovação para Pequenas Empresas da NASA.

A Arizona State University está liderando o trabalho de psicologia. O JPL é responsável pelo gerenciamento geral da missão, engenharia de sistemas, integração e testes e operações da missão. Psyche é a 14ª missão selecionada como parte do Programa de Descoberta da NASA sob a Diretoria de Missões Científicas, gerenciada pelo Marshall Space Flight Center da agência em Huntsville, Alabama. O Programa de Serviços de Lançamento da NASA no Centro Espacial Kennedy da agência, na Flórida, gerenciou o serviço de lançamento. A Maxar Technologies forneceu o chassi da nave espacial de alta potência movida a energia solar de Palo Alto, Califórnia.

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