En konceptuell animation som visar en satellit som använder lasrar för att vidarebefordra data från Mars till jorden. Kredit:NASA:s Goddard Space Flight Center
NASA håller på att utveckla en banbrytande, långsiktig teknisk demonstration av vad som kan bli himlens höghastighetsinternet.
Laser Communications Relay Demonstration (LCRD) kommer att hjälpa NASA att förstå de bästa sätten att använda laserkommunikationssystem. De skulle kunna möjliggöra mycket högre datahastigheter för anslutningar mellan rymdfarkoster och jorden, såsom nedlänk av vetenskaplig data och astronautkommunikation.
"LCRD är nästa steg i implementeringen av NASA:s vision att använda optisk kommunikation för både nära jorden och djupa rymduppdrag, sa Steve Jurczyk, biträdande administratör för NASA:s Space Technology Mission Directorate, som leder LCRD-projektet. "Denna teknik har potential att revolutionera rymdkommunikation, och vi är glada över att samarbeta med Human Exploration and Operations Mission Directorate:s programkontor för rymdkommunikation och navigering, MIT Lincoln Labs och det amerikanska flygvapnet om denna ansträngning."
Laserkommunikation, även känd som optisk kommunikation, kodar data på en ljusstråle, som sedan sänds mellan rymdfarkoster och så småningom till jordterminaler. Denna teknik erbjuder datahastigheter som är 10 till 100 gånger bättre än nuvarande radiofrekvenskommunikationssystem (RF). Lika viktigt, laserkommunikationssystem kan vara mycket mindre än radiosystem, tillåter rymdfarkostens kommunikationssystem att ha lägre storlek, vikt och effektkrav. Sådan förmåga kommer att bli avgörande när människor ger sig ut på långa resor till månen, Mars och bortom.
En ingenjör undersöker kardan- och spärrmonteringskomponenten i en av LCRD:s två optiska moduler. Den optiska modulen, i kombination med modem och styrelektronik, utgöra LCRD:s flygnyttolast. Kredit:NASA:s Goddard Space Flight Center/Sandra Vilevac
"LCRD är designad för att fungera i många år och kommer att göra det möjligt för NASA att lära sig hur man optimalt använder denna störande nya teknik, sa Don Cornwell, chef för Advanced Communication and Navigation-avdelningen på Space Communications and Navigation-programkontoret vid NASA:s högkvarter, som leder utvecklingen av instrumentet. "Vi designar också en laserterminal för den internationella rymdstationen som kommer att använda LCRD för att vidarebefordra data från stationen till marken med gigabit-per-sekund datahastigheter. Vi planerar att flyga den här nya terminalen 2021, och en gång testat, vi hoppas att många andra NASA-uppdrag som kretsar runt jorden också kommer att flyga kopior av den för att vidarebefordra sina data genom LCRD till marken."
Uppdraget bygger på Lunar Laser Communications Demonstration (LLCD), ett mycket framgångsrikt sökvägsuppdrag som flög ombord på Lunar Atmosphere Dust and Environment Explorer 2013. Medan LLCD var först med att demonstrera laserkommunikation med hög datahastighet bortom låg omloppsbana runt jorden, LCRD kommer att visa teknikens livslängd och tillförlitlighet. Uppdraget kommer också att testa LCRD:s kapacitet inom många olika miljöförhållanden och operativa scenarier.
"Vi har lärt oss mycket under åren om radiofrekvenskommunikation och hur det fungerar för att få ut det mesta av tekniken, "Dave Israel, LCRD:s huvudutredare, sagt om det nuvarande kommunikationssystemet. "Med LCRD, vi kommer att ha möjlighet att sätta laserkommunikation genom dess takt för att testa prestandan under olika väderförhållanden och tider på dygnet för att få den upplevelsen."
LCRD är utformad för att fungera mellan två och fem år. Två jordterminaler utrustade med lasermodem placerade i Taffelberget, Kalifornien, och på Hawaii kommer att demonstrera kommunikationsförmåga till och från LCRD, som kommer att ligga i en bana som matchar jordens rotation, kallas en geosynkron bana, mellan de två stationerna.
Ingenjörer testar för närvarande de optiska modulerna på den Goddard-byggda optiska testbänken för att säkerställa pekprecision under det kommande uppdraget. Kredit:NASA:s Goddard Space Flight Center/Sandra Vilevac
LCRD-nyttolasten består av två identiska optiska terminaler anslutna av en komponent som kallas en rymdväxlingsenhet, som fungerar som en datarouter. Rumsväxlingsenheten är också ansluten till en radiofrekvent nedlänk.
Modemen översätter digital data till laser- eller radiofrekvenssignaler och tillbaka igen. När de konverterar data till laserljus, den optiska modulen kommer att överföra data till jorden. Att göra så, modulen måste vara perfekt riktad för att ta emot och överföra data. Styrenhetens elektronikmodul (CE) beordrar ställdon för att hjälpa till att peka och stabilisera teleskopet trots alla rörelser eller vibrationer på rymdfarkosten.
LCRD klarade nyligen en nyckelbeslutsgranskning och har gått vidare till integrations- och teststadiet av utveckling, under vilken ingenjörer kommer att säkerställa att varje komponent kommer att bete sig som avsett efter att instrumentet har lanserats. Lansering är planerad till sommaren 2019.
LCRD-teamet leds av NASA:s Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland. Partners inkluderar NASA:s Jet Propulsion Laboratory i Pasadena, Kalifornien, och MIT:s Lincoln Laboratory.
LCRD är ett projekt inom NASA:s Space Technology Mission Directorate's Technology Demonstration Mission, som utför demonstrationer på systemnivå av tvärgående teknologier och kapaciteter och överbryggar klyftan mellan vetenskapliga och tekniska utmaningar och de tekniska innovationer som behövs för att övervinna dem, möjliggör robusta nya rymduppdrag som LCRD.
