Åker ombord på NASA:s rymdfarkost Psyche fortsätter byråns demonstration av Deep Space Optical Communications-teknik att slå rekord. Medan den asteroidbundna rymdfarkosten inte förlitar sig på optisk kommunikation för att skicka data, har den nya tekniken bevisat att den klarar uppgiften. Efter gränssnittet med Psyches radiofrekvenssändare skickade laserkommunikationsdemon en kopia av teknisk data från över 140 miljoner miles (226 miljoner kilometer) bort, 1,5 gånger avståndet mellan jorden och solen.
Denna prestation ger en inblick i hur rymdfarkoster skulle kunna använda optisk kommunikation i framtiden, vilket möjliggör kommunikation med högre datahastighet av komplex vetenskaplig information samt högupplösta bilder och video till stöd för mänsklighetens nästa gigantiska steg:att skicka människor till Mars.
"Vi nedlänkade cirka 10 minuter av dubblerade rymdskeppsdata under ett pass den 8 april", säger Meera Srinivasan, projektledare vid NASA:s Jet Propulsion Laboratory i södra Kalifornien. "Tills dess hade vi skickat test- och diagnosdata i våra nedlänkar från Psyche. Detta representerar en betydande milstolpe för projektet genom att visa hur optisk kommunikation kan samverka med en rymdfarkosts radiofrekvenskommunikationssystem."
Laserkommunikationstekniken i denna demo är utformad för att överföra data från rymden med hastigheter 10 till 100 gånger snabbare än de toppmoderna radiofrekvenssystemen som används av rymduppdrag idag.
Efter uppskjutning den 13 oktober 2023 förblir rymdfarkosten frisk och stabil när den färdas till huvudasteroidbältet mellan Mars och Jupiter för att besöka asteroiden Psyche.
Överträffar förväntningarna
NASA:s demonstration av optisk kommunikation har visat att den kan överföra testdata med en maximal hastighet av 267 megabit per sekund (Mbps) från flyglasertransceiverns nära-infraröda nedlänkslaser – en bithastighet som är jämförbar med nedladdningshastigheter för bredbandsinternet.
Det uppnåddes den 11 december 2023, när experimentet strålade en 15-sekunders ultrahögupplöst video till jorden från 19 miljoner miles bort (31 miljoner kilometer, eller ungefär 80 gånger avståndet mellan jorden och månen). Videon, tillsammans med andra testdata, inklusive digitala versioner av Arizona State Universitys Psyche Inspired konstverk, hade laddats på flyglasertransceivern innan Psyche lanserades förra året.
Nu när rymdfarkosten är mer än sju gånger längre bort, minskar hastigheten med vilken den kan skicka och ta emot data, som förväntat. Under testet den 8 april sände rymdfarkosten testdata med en maximal hastighet av 25 Mbps, vilket vida överträffar projektets mål att bevisa att minst 1 Mbps var möjligt på det avståndet.
Projektgruppen beordrade också transceivern att överföra Psyche-genererade data optiskt. Medan Psyche sände data över sin radiofrekvenskanal till NASA:s Deep Space Network (DSN), överförde det optiska kommunikationssystemet samtidigt en del av samma data till Hale-teleskopet vid Caltechs Palomar Observatory i San Diego County, Kalifornien - den tekniska demos primära nedlänks markstation.
"Efter att ha mottagit data från DSN och Palomar, verifierade vi den optiskt nedlänkade datan vid JPL", säger Ken Andrews, projektflygledare på JPL. "Det var en liten mängd data som nedlänkades under en kort tidsram, men det faktum att vi gör detta nu har överträffat alla våra förväntningar."
Efter att Psyche lanserades användes den optiska kommunikationsdemon initialt för att nedlänka förladdade data, inklusive Taters the cat-videon. Sedan dess har projektet bevisat att transceivern kan ta emot data från högeffekts upplänkslasern vid JPL:s Table Mountain-anläggning, nära Wrightwood, Kalifornien. Data kan till och med skickas till transceivern och sedan nedlänkas tillbaka till jorden samma natt, vilket projektet bevisade i ett nyligen genomfört "vändningsexperiment."
Detta experiment vidarebefordrade testdata – såväl som digitala husdjursfotografier – till Psyche och tillbaka igen, en tur och retur på upp till 280 miljoner miles (450 miljoner kilometer). Den nedlänkade också stora mängder av den tekniska demos egen tekniska data för att studera egenskaperna hos den optiska kommunikationslänken.
"Vi har lärt oss mycket om hur långt vi kan driva systemet när vi har klar himmel, även om stormar har avbrutit verksamheten vid både Taffelberget och Palomar ibland", säger Ryan Rogalin, projektledare för mottagareelektronik på JPL. (Medan radiofrekvenskommunikation kan fungera i de flesta väderförhållanden, kräver optisk kommunikation relativt klar himmel för att överföra data med hög bandbredd.)
JPL ledde nyligen ett experiment för att kombinera Palomar, den experimentella radiofrekvensoptiska antennen vid DSN:s Goldstone Deep Space Communications Complex i Barstow, Kalifornien, och en detektor vid Taffelberget för att ta emot samma signal samtidigt. Att "arraya" flera markstationer för att efterlikna en stor mottagare kan hjälpa till att öka djuprymdssignalen. Denna strategi kan också vara användbar om en markstation tvingas offline på grund av väderförhållanden; andra stationer kan fortfarande ta emot signalen.
Tillhandahålls av NASA
