Optisk kommunikation, överföra data med infraröda lasrar, har potentialen att hjälpa NASA att återföra mer data till jorden än någonsin. Fördelarna med denna teknik för utforskning och geovetenskapliga uppdrag är enorma. Som stöd för ett uppdrag att demonstrera denna teknik, NASA slutförde nyligen installationen av sin nyaste optiska markstation i Haleakala, Hawaii.

Den toppmoderna markstationen, kallad Optical Ground Station 2 (OGS-2), är den andra av två optiska markstationer som ska byggas som kommer att samla in data som överförs till jorden av NASA:s Laser Communications Relay Demonstration (LCRD). Lanseras i början av 2021, detta banbrytande uppdrag kommer att vara nyckeln i NASA:s första operativa optiska kommunikationsreläsystem. Medan andra NASA-ansträngningar har använt optisk kommunikation, detta kommer att vara NASA:s första reläsystem som helt använder optisk, ge NASA möjlighet att testa denna kommunikationsmetod och dra värdefulla lärdomar av dess implementering. Reläsatelliter skapar viktiga kommunikationslänkar mellan vetenskaps- och utforskningsuppdrag och jorden, gör det möjligt för dessa uppdrag att överföra viktig data till forskare och uppdragschefer där hemma.

Medan optisk kommunikation ger uppdrag med många fördelar, det kan störas av atmosfäriska störningar som moln. OGS-2 valdes att placeras på Hawaii på grund av dess klara himmel, men dåligt väder kan fortfarande hända. En molnig dag, LCRD skulle behöva vänta innan data överförs. För att undvika förseningar, tjänster kan överföras till en annan markstation utvecklad av NASA:s Jet Propulsion Laboratory; OGS-1, ligger i Taffelberget, Kalifornien. För att övervaka molntäckningen och avgöra om OGS-1 behövs, kommersiella partnern Northrop Grumman tillhandahöll en atmosfärisk övervakningsstation som observerar väderförhållandena på platsen. Denna övervakningsstation går nästan självständigt 24 timmar om dygnet, sju dagar i veckan.

LCRD och OGS-2 kommer att demonstrera de många funktionerna hos optisk, eller laser, kommunikation för användning som kommunikationsrelä. Optisk kommunikation ger betydande fördelar för uppdrag, inklusive datahastighetsökningar på 10 till 100 gånger mer än jämförbara radiofrekvenskommunikationssystem. Denna ökning innebär högre upplösningsdata för uppdrag, ger forskarna en mycket mer detaljerad titt på vår planet och vårt solsystem. Fördelarna inkluderar också minskat energibehov, storlek och vikt, vilket betyder längre batteritid, mer utrymme för ytterligare instrument på rymdfarkoster och potentiella kostnadsbesparingar vid uppskjutning på grund av lättare nyttolaster.

"LCRD och dess markstationer kommer att demonstrera optisk kommunikation som ett relä, vilket innebär att uppdrag kommer att kunna överföra data från punkter i sin omloppsbana utan direkt siktlinje från markstationerna, sa Dave Israel, LCRD:s huvudutredare vid NASA:s Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland. "Under 2013, NASA:s Lunar Laser Communication Demonstration satte ett bandbreddsrekord för rymdkommunikation från månen med hjälp av optisk kommunikation med ett system som kräver direkt siktlinje."

NASAs rymdnätverk hanterar OGS-2s integration, test och drift och kommer så småningom att driva LCRD. Space Network övervakar en konstellation av NASAs kommunikationssatelliter, kända som spårnings- och datareläsatelliter, och deras tillhörande markstationer, som inkluderar White Sands Complex i White Sands, New Mexico. Nätverket tillhandahåller kontinuerliga kommunikationstjänster till uppdrag i låg omloppsbana om jorden via radiofrekvens. Även om radiofrekvens kommer att fortsätta att vara användbar i rymdkommunikation långt in i framtiden, de växande kommunikationsbehoven för många uppdrag kräver högre datahastigheter.

OGS-2:s installation var ett samarbete mellan regeringen, kommersiella och akademiska institutioner. Massachusetts Institute of Technologys Lincoln Laboratory tillhandahöll test- och diagnosterminalen, som består av tre delar:ett optiskt delsystem, digitalt delsystem och styrelektronik. De tre komponenterna skickar, ta emot och bearbeta optiska signaler till och från LCRD.

Optisk kommunikation, genom utvecklingen av LCRD och dess två jordterminaler, could have far-reaching impacts for future knowledge of Earth and our solar system. Spacecraft equipped with optical communications systems will effectively allow enhanced data, such as high-resolution video, to be brought back down to Earth faster, thanks to increased data rates. Med dessa uppgifter, scientists will get a closer look at our universe with the potential to uncover exciting new discoveries.