Trodde att dina internethastigheter var långsamma? Prova att vara rymdforskare för en dag.

De omfattande avstånden kommer att stryka datahastigheterna till ett sippra. Du har tur om ett rymdfarkoster kan skicka mer än några megabit per sekund (Mbps)-en liten summa även genom uppringningsstandarder.

Men vi kanske står inför en förändring. Precis som att gå från uppringd till bredband revolutionerade Internet och gjorde högupplösta foton och strömmande video till en given, NASA kan vara redo att genomgå ett liknande "bredband" -moment under de kommande åren.

Nyckeln till den datarevolutionen kommer att vara lasrar. I nästan 60 år har det vanliga sättet att "prata" med rymdfarkoster har varit med radiovågor, som är idealiska för långa sträckor. Men optisk kommunikation, i vilken data strålas över laserljus, kan öka den hastigheten med så mycket som 10 till 100 gånger.

Hög datahastighet gör det möjligt för forskare att samla vetenskap snabbare, studera plötsliga händelser som dammstormar eller landningar av rymdfarkoster, och till och med skicka video från ytan på andra planeter. Laserkommunikationens exakta precision är också väl lämpad för NASA:s uppdragsplanerares mål, som vill skicka rymdfarkoster längre ut i solsystemet.

"Lasertekniken är idealisk för att öka nedlänkskommunikationen från djupt rymd, "sa Abi Biswas, handledare för gruppen Optical Communications Systems vid NASA:s Jet Propulsion Laboratory, Pasadena, Kalifornien. "Det kommer så småningom att möjliggöra applikationer som att ge varje astronaut sitt eget videoflöde, eller skicka tillbaka högre upplösning, datarika bilder snabbare. "

Vetenskap med ljusets hastighet

Både radio och lasrar färdas med ljusets hastighet, men lasrar reser i en högre frekvensbandbredd. Det gör att de kan bära mer information än radiovågor, vilket är avgörande när du samlar in massiva mängder data och har smala tidsfönster för att skicka tillbaka den till jorden.

Ett bra exempel är NASA:s Mars Reconnaissance Orbiter, som skickar vetenskapsdata med en flammande max på 6 Mbps. Biswas uppskattade att om orbitern använde laserkommunikationsteknik med en massa och strömförbrukning som var jämförbar med dess nuvarande radiosystem, det kan förmodligen öka den maximala datahastigheten till 250 Mbps.

Det kan fortfarande låta fantastiskt långsamt för Internetanvändare. Men på jorden, data skickas över mycket kortare avstånd och genom infrastruktur som ännu inte finns i rymden, så den färdas ännu snabbare.

Ökade datahastigheter skulle göra det möjligt för forskare att lägga mer av sin tid på analys än på rymdfarkosteroperationer.

"Det är perfekt när saker händer snabbt och du vill ha en tät datamängd, sa Dave Pieri, en JPL -forskare och vulkanolog. Pieri har lett tidigare forskning om hur laserkommunikationer kan användas för att studera vulkanutbrott och skogsbränder i nästan realtid. "Om du har en vulkan som exploderar framför dig, du vill bedöma dess aktivitetsnivå och benägenhet att fortsätta att bryta ut. Ju tidigare du får och behandlar dessa uppgifter, desto bättre."

Samma teknik kan gälla för utbrott av kryovulkaner på isiga månar runt andra planeter. Pieri noterade att jämfört med radioöverföring av händelser som dessa, "laserkommunikationer skulle öka i ante med en storleksordning."

Döljer laserns framtid

Därmed inte sagt att tekniken är perfekt för varje scenario. Lasrar utsätts för mer störningar från moln och andra atmosfäriska förhållanden än radiovågor; pekning och timing är också utmaningar.

Lasrar kräver också markinfrastruktur som ännu inte finns. NASAs Deep Space Network, ett system med antennmatriser som finns över hela världen, är helt baserad på radioteknik. Markstationer måste utvecklas som kan ta emot lasrar på platser där himlen är tillförlitlig klar.

Radiotekniken kommer inte att försvinna. Det fungerar i regn eller sken, och kommer att fortsätta att vara effektivt för användning med låg data, som att ge kommandon till rymdfarkoster.

Nästa steg

Två kommande NASA -uppdrag kommer att hjälpa ingenjörer att förstå de tekniska utmaningarna för att genomföra laserkommunikation i rymden. Vad de kommer att lära sig kommer att främja lasrar mot att bli en vanlig form av rymdkommunikation i framtiden.

Laser Communications Relay Demonstration (LCRD), ledd av NASA:s Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland, kommer att lanseras 2019. LCRD kommer att demonstrera vidarebefordran av data med hjälp av laser- och radiofrekvent teknik. Det kommer att stråla lasersignaler nästan 25, 000 miles (40, 000 kilometer) från en markstation i Kalifornien till en satellit i geostationär bana, vidarebefordra sedan den signalen till en annan markstation. JPL utvecklar en av markstationerna vid Table Mountain i södra Kalifornien. Testa laserkommunikation i geostationär bana, som LCRD kommer att göra, har praktiska tillämpningar för dataöverföring på jorden.

Deep Space Optical Communications (DSOC), ledd av JPL, är planerad att starta 2023 som en del av ett kommande NASA Discovery -uppdrag. Det uppdraget, Psyke, kommer att flyga till en metallisk asteroid, testa laserkommunikationer från ett mycket större avstånd än LCRD.

Psyche -uppdraget har planerats att bära DSOC -laserenheten ombord på rymdfarkosten. Effektivt, DSOC -uppdraget kommer att försöka träffa en bullseye med hjälp av en djup rymdlaser - och på grund av planetens rotation, det kommer att träffa ett rörligt mål, också.

Tidigare och framtida NASA -projekt som involverar laserkommunikation:

Namn:Lunar Laser Communications Demonstration (LLCD)

Leds av:Goddard Space Flight Center

År 2013

Mål:Var NASA:s första system för tvåvägskommunikation med laser istället för radiovågor. En felfri upplänkdatahastighet på 20 Mbps överförd från en primär markstation i New Mexico till NASAs Lunar Atmosphere and Dust Environment Explorer (LADEE), en rymdfarkost som kretsar runt månen. Visade en felfri nedlänkhastighet på 622 Mbps-motsvarande att strömma 30 kanaler HDTV från månen.

Namn:Optisk nyttolast för Lasercomm Science (OPALS)

Leds av:JPL

År:2014

Syfte:Testa laserkommunikation från den internationella rymdstationen. Strålade en videofil var 3,5:e sekund under totalt 148 sekunder. Med traditionella nedlänkmetoder, att skicka 175-megabit-videon bara en gång skulle ha tagit 10 minuter.

Namn:Laser Communications Relay Demonstration (LCRD)

Leds av:Goddard Space Flight Center

År:2019

Mål:Kommer att vidarebefordra lasersignaler mellan teleskop vid Taffelberget, Kalifornien, och på Hawaii genom en stafettsatellit i geostationär bana under en tvåårig demonstrationsperiod. Systemet är utformat för att fungera i upp till fem år för att bevisa den dagliga tillförlitligheten för laserkommunikation för framtida NASA -uppdrag.

Namn:Deep Space Optical Communications (DSOC)

Leds av JPL

År:2023

Syfte:Att testa laserkommunikation från djupt rymd. Ett kommande NASA Discovery -uppdrag som heter Psyche kommer att flyga till en metallisk asteroid från och med 2023. Psyche är planerat att vara värd för en laserenhet som heter DSOC, som skulle stråla data ner till ett teleskop vid Palomar Mountain Observatory i Kalifornien.