Kredit:NASA
Under de kommande åren, tusentals satelliter, flera nästa generations rymdteleskop och till och med ett fåtal rymdmiljöer förväntas skjutas upp i omloppsbana. bortom jorden, flera uppdrag är planerade att skickas till månens yta, till mars, och vidare. När mänsklighetens närvaro i rymden ökar, mängden data som regelbundet skickas tillbaka till jorden närmar sig gränserna för vad radiokommunikation kan hantera.
Av denna anledning, NASA och andra rymdorganisationer letar efter nya metoder för att skicka information fram och tillbaka över rymden. Redan, optisk kommunikation (som är beroende av lasrar för att koda och överföra information) utvecklas, men andra mer radikala begrepp utreds också. Dessa inkluderar röntgenkommunikation, som NASA rustar för att testa i rymden med hjälp av deras XCOM-teknikdemonstrator.
Sedan starten 1958, NASA har förlitat sig enbart på radiokommunikation för att hålla kontakten med alla sina uppdrag bortom jorden. Mycket av detta har hanterats av NASA:s Deep Space Network (DSN), ett världsomspännande nätverk av gigantiska radioantenner som har stöttat alla NASA:s interplanetära uppdrag och vissa uppdrag till låg omloppsbana (LEO).
Men med förnyade uppdrag till månen, bemannade uppdrag till Mars, och ett växande utbud av miniatyrsatelliter som kommer inom en snar framtid, NASA kommer att behöva ett mer effektivt och robust kommunikationssystem än någonsin tidigare. Än så länge, användningen av lasrar för att koda och överföra data har visat sig lovande, kan fungera 10 till 100 gånger mer effektivt än radiosystem.
En av de massiva radioantennerna som stöder NASA:s Deep Space Network (DSN). Kredit:NASA
Dock, NASA tittar bortom dessa delar av spektrumet för att tillgodose informationsflödet. Det är här begreppet röntgenkommunikation (XCOM) kommer in i bilden, som erbjuder ännu fler fördelar än laser. För en, Röntgenstrålar har mycket kortare våglängder än både radiovågor och lasrar och kan sändas i snävare strålar.
Detta innebär att mer information kan skickas med samma mängd överföringseffekt, och mindre energi skulle behövas över långa avstånd – åtminstone i teorin. Dessutom, Röntgenstrålar har också fördelen av att kunna penetrera den heta plasman som byggs upp när rymdfarkoster återinträder i jordens atmosfär med hypersoniska hastigheter.
Dessa plasmahöljen orsakar kommunikationsavbrott med rymdfarkoster i flera sekunder, vilket hindrar uppdragsledare från att veta om besättningarna är säkra tills de landar. För att testa om ett sådant system kommer att fungera, tekniker vid NASA:s Goddard Space Flight Center har skapat den modulerade röntgenkällan (MXS), som kommer att testas ombord på den internationella rymdstationen (ISS) under de kommande åren.
Den här bilden visar den modulerade röntgenkällan, en nyckelkomponent i NASA:s första demonstration någonsin av röntgenkommunikation i rymden. Kredit:NASA/W. Hrybyk
För att genomföra detta test, MXS kommer att styras med hjälp av NavCube – en dator- och navigeringsteknik ombord på ISS – för att skicka kodad data via röntgenpulser från ena änden av stationen till den andra. Dessa pulser (som kommer att avfyras med en hastighet av flera gånger per sekund) kommer att tas emot av Neutron-star Interior Composition Explorer (NICER).
Detta första test kommer att involvera överföring av GPS-signaler, men utvecklingsteamet hoppas kunna skicka något mer komplicerat också. Som Jason Mitchell, en ingenjör vid NASA:s Goddard Spaceflight Center som hjälpte till att utveckla teknikdemonstrationen, förklaras i ett pressmeddelande från NASA:
"Vi har väntat länge på att demonstrera denna förmåga. För vissa uppdrag, XCOM kan vara en möjliggörande teknik på grund av de extrema avstånden där de måste arbeta... Vårt mål för den närmaste framtiden är att hitta intresserade partners för att hjälpa till att vidareutveckla denna teknik."
NavCube kan spela en viktig roll för att hjälpa till att demonstrera röntgenkommunikation i rymden. Kredit:NASA/W. Hrybyk
Även om det främst är byggt för att samla in data om neutronstjärnor och pulsarer, NICER har också använt sina möjligheter för att demonstrera tekniker som är beroende av röntgenstrålar. Till exempel, 2017 visade NICER att pulsarer kunde användas som tidskällor för djuprymduppdrag för att bestämma deras plats – vilket effektivt demonstrerar effektiviteten av röntgennavigering i rymden.
Sedan dess, NICER:s förmåga att demonstrera framväxande teknologier har fångat uppmärksamheten hos NASA-forskare som tittar på planen för nästa era av mänsklig rymdfärd. Möjligheten att använda röntgenstrålar och andra ljuskällor för navigering och kommunikation är ett sådant område av potentiell utveckling.
Om det lyckas, MXS-experimentet kan möjliggöra effektivare, gigabit per sekund datahastigheter för djupa rymduppdrag, som skulle kunna rymma alla typer av lukrativa uppdrag bortom jorden.
