NASA använder lasrar för att skicka information till och från jorden, använder osynliga strålar för att korsa himlen, skickar terabyte med data – bilder och videor – för att öka vår kunskap om universum. Denna förmåga är känd som laser, eller optisk, kommunikation, även om dessa ögonsäkra, infraröda strålar inte kan ses av mänskliga ögon.

"Vi är glada över det löfte som laserkommunikation kommer att erbjuda under de kommande åren", säger Badri Younes, biträdande biträdande administratör och programchef för rymdkommunikation och navigering (SCaN) vid NASA:s högkvarter i Washington. "Dessa uppdrag och demonstrationer inleder NASA:s nya decennium av ljus där NASA kommer att samarbeta med andra statliga myndigheter och den kommersiella sektorn för att dramatiskt utöka framtida kommunikationsmöjligheter för utforskning av rymden och möjliggöra livfulla och robusta ekonomiska möjligheter."

Laserkommunikationssystem ger uppdrag med ökade datahastigheter, vilket innebär att de kan skicka och ta emot mer information i en enda överföring jämfört med traditionella radiovågor. Dessutom är systemen lättare, flexiblare och säkrare. Laserkommunikation kan komplettera radiofrekvenskommunikation, som de flesta NASA-uppdrag använder idag.

Laser Communications Relay Demonstration (LCRD)

Den 7 december 2021 lanserades Laser Communications Relay Demonstration (LCRD) i omloppsbana, cirka 22 000 miles från jorden för att testa förmågan hos laserkommunikation. LCRD är byråns första teknikdemonstration av ett tvåvägs laserreläsystem. Nu när LCRD är i omloppsbana fortsätter NASA:s framsteg inom laserkommunikation.

LCRD-experimentersprogram

I maj 2022 intygade NASA att LCRD är redo att genomföra experiment. Dessa experiment testar och förfinar lasersystem - uppdragets övergripande mål. Experiment från NASA, andra statliga myndigheter, akademin och industrin mäter atmosfärens långsiktiga effekter på laserkommunikationssignaler; bedöma teknikens tillämpbarhet för framtida uppdrag; och testa kapacitet för laserrelä i omloppsbana.

"Vi kommer att börja få vissa experimentresultat nästan omedelbart, medan andra är långsiktiga och kommer att ta tid för trender att dyka upp under LCRD:s tvååriga experimentperiod", säger Rick Butler, projektledare för LCRD-experimentarprogrammet vid NASA:s Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland. "LCRD kommer att svara på flygindustrins frågor om laserkommunikation som ett operativt alternativ för applikationer med hög bandbredd."

"Programmet letar fortfarande efter nya experiment, och alla som är intresserade bör nå ut", sa Butler. "Vi utnyttjar laserkommunikationsgemenskapen och dessa experiment kommer att visa hur optisk kommer att fungera för internationella organisationer, industri och akademi."

NASA fortsätter att acceptera förslag på nya experiment för att hjälpa till att förfina optisk teknik, öka kunskapen och identifiera framtida tillämpningar.

LCRD kommer till och med att vidarebefordra data som lämnats av allmänheten kort efter lanseringen i form av nyårslöften som delas med NASA-konton på sociala medier. Dessa resolutioner kommer att sändas från en markstation i Kalifornien och vidarebefordras genom LCRD till en annan markstation på Hawaii som ytterligare en demonstration av LCRD:s kapacitet.

TeraByte InfraRed Delivery (TBIRD)

Nyligen efter LCRD, lanserades TeraByte InfraRed Delivery (TBIRD) nyttolasten den 25 maj 2022, som en del av uppdraget Pathfinder Technology Demonstrator 3 (PTD-3), från Cape Canaveral Space Force Station på SpaceX:s Transporter-5 åkande uppdrag. TBIRD kommer att visa nedlänkar på 200 gigabit per sekund – den högsta optiska hastigheten som någonsin uppnåtts av NASA.

TBIRD fortsätter NASA:s optiska kommunikationsinfusion genom att visa fördelarna med laserkommunikation kan ha för vetenskapsuppdrag nära jorden som fångar viktiga data och stora detaljerade bilder. TBIRD skickar tillbaka terabyte med data i ett enda pass, vilket visar fördelarna med högre bandbredd och ger NASA mer insikt i laserkommunikationens möjligheter på små satelliter. TBIRD är storleken på en papperslåda!

"Tidigare har vi designat våra instrument och rymdfarkoster kring begränsningen av hur mycket data vi kan få ner eller tillbaka från rymden till jorden", säger TBIRD-projektledaren Beth Keer. "Med optisk kommunikation blåser vi det ur vattnet så långt som mängden data vi kan ta tillbaka. Det är verkligen en förmåga att förändra spelet."

Integrerad LCRD Low-Earth Orbit användarmodem och förstärkarterminal (ILLUMA-T)

Det inbyggda LCRD Low-Earth Orbit User Modem and Amplifier Terminal (ILLUMA-T) lanseras i början av 2023 i Dragon trunk av SpaceX:s 27:e kommersiella återförsörjningstjänstuppdrag till den internationella rymdstationen. och arbetar där med förbättrade datamöjligheter.

ILLUMA-T kommer att samla information från experiment ombord på stationen och skicka data till LCRD med 1,2 gigabit per sekund. Med den här hastigheten kunde en långfilm laddas ner på mindre än en minut. LCRD kommer sedan att vidarebefordra denna information till markstationer i Hawaii eller Kalifornien.

"ILLUMA-T och LCRD kommer att arbeta tillsammans för att bli det första lasersystemet som visar kommunikationslänkar från låg jordbana till geosynkron bana till mark", säger Chetan Sayal, projektledare för ILLUMA-T på NASA Goddard.

Orion Artemis II optiskt kommunikationssystem (O2O)

Orion Artemis II Optical Communications System (O2O) kommer att föra laserkommunikation till månen ombord på NASA:s Orion-rymdfarkost under Artemis II-uppdraget. O2O kommer att kunna sända högupplösta bilder och video när astronauter återvänder till månregionen för första gången på över 50 år. Artemis II kommer att vara den första bemannade månflygningen som demonstrerar laserkommunikationsteknik och skickar data till jorden med en nedlänkshastighet på upp till 260 megabit per sekund.

"Genom att ingjuta ny laserkommunikationsteknik i Artemis-uppdragen ger vi våra astronauter mer tillgång till data än någonsin tidigare", säger O2O-projektledaren Steve Horowitz. "Ju högre datahastigheter, desto mer information kan våra instrument skicka hem till jorden, och desto mer vetenskap kan våra månutforskare utföra."

NASA:s laserkommunikationssträvanden sträcker sig även ut i rymden. För närvarande arbetar NASA på en framtida terminal som kan testa laserkommunikation mot extrema avstånd och utmanande pekbegränsningar.

Oavsett om laserkommunikation kommer till jordnära uppdrag, månen eller rymden, kommer infusionen av optiska system att vara en integrerad del av framtida NASA-uppdrag. Laserkommunikationens högre datahastigheter kommer att göra det möjligt för utforsknings- och vetenskapsuppdrag att skicka mer data tillbaka till jorden och upptäcka mer om universum. NASA kommer att kunna använda information från bilder, video och experiment för att utforska inte bara området nära jorden, utan för att också förbereda sig för framtida uppdrag till Mars och bortom. + Utforska vidare

NASA:s nästa laserkommunikationsdemo installerad, integrerad