NASA успішно експериментує з оптичними антенами, відкриваючи нову главу в лазерному зв’язку в далекому космосі

Нещодавно NASA оголосило, що гібридна антена в його мережі глибокого космосу (DSN) успішно відслідковує та декодує лазерні сигнали ближнього інфрачервоного діапазону від космічного корабля «Prosaic».
Ця експериментальна антена не тільки має здатність приймати радіочастотні сигнали, але також успішно реалізувала прийом і обробку оптичних сигналів, що надає нові можливості для розвитку технології лазерного зв'язку в далекому космосі.
У цьому експерименті антена успішно зафіксувала радіочастотні та ближні інфрачервоні лазерні сигнали, випромінювані космічним кораблем Psyker під час його польоту в глибині космосу, демонструючи потенціал гігантської тарілки DSN для переходу на оптичний/лазерний зв’язок. Цей перехід не тільки розширить дослідження космосу, але й забезпечить більш надійну підтримку мереж далекого космосу в міру зростання вимог до мережі.
Гібридна антена, названа Deep Space Station 13, розташована в Голдстоунському центрі далекого космосу поблизу Барстоу, Каліфорнія. З листопада 2023 року він відстежує лазери низхідної лінії зв’язку для демонстрації технології NASA Deep Space Optical Communications (DSOC). Літаючий лазерний трансивер для демонстрації цієї технології знаходиться на борту космічного корабля Psyker, який агентство запустило 13 жовтня 2023 року.
Програми DSN, DSOC і Psyche управляються Лабораторією реактивного руху NASA (JPL) у Південній Каліфорнії. «Невдовзі після початку демонстрації технології наша гібридна антена успішно та надійно закріпилася на низхідній лінії зв’язку DSOC і вловила радіочастотний сигнал Психеї. Це віха для нашої першої синхронізованої радіо- та оптичної частоти зв’язку в глибокому космосі».
Наприкінці 2023 року гібридна антена завантажувала дані з космічного корабля Пурсек, який знаходиться на відстані 20 мільйонів миль (32 мільйони кілометрів), зі швидкістю 15,63 мегабіт на секунду, що приблизно в 40 разів швидше, ніж радіочастотний зв’язок через однакова відстань. До 1 січня 2024 року антена успішно завантажила ще одне фото команди, яке було завантажено в DSOC до запуску Psyker.
Специфічні механізми
Щоб дозволити виявлення лазерних фотонів, усередині гібридної антени встановлено сім надточних сегментованих дзеркал. Ці дзеркала імітують світлозбірну апертуру телескопа з апертурою 3.3- футів (1- метрів), і коли лазерні фотони досягають антени, кожне дзеркало відбиває фотони та перенаправляє їх точно до високого експозиційна камера. Лазерні сигнали, зібрані камерою, потім передаються через волоконну оптику на кріогенно охолоджуваний напівпровідниковий нанодротяний однофотонний детектор, який був розроблений і виготовлений Лабораторією мікропристроїв Лабораторії реактивного руху (JPL).
Барзія Тегерані, заступник менеджера JPL і менеджер з доставки наземних систем зв’язку з гібридними антенами, сказав: «Це дуже сумісна оптична система, побудована на 34--метровій гнучкій структурі. Ми використовуємо систему дзеркал, точних датчиків і камер, щоб активно вирівнюйте та направляйте лазерне світло з глибокого космосу в оптичне волокно, яке досягає детектора».
Він також повідомив, що команда сподівається, що в майбутньому антена зможе виявляти лазерні сигнали, що надходять від Марса в найвіддаленішій від Землі точці (у 2,5 рази більше відстані від Сонця до Землі). Псайкер досягне цієї відстані в червні, подорожуючи до головного поясу астероїдів між Марсом і Юпітером, щоб дослідити багатий на метал астероїд Псайкер.
Семисегментне дзеркало на антені є доказом концепції, яка дозволить у майбутньому використовувати набагато більше та потужніше 64-сегментне дзеркало — еквівалент 26-стопи ({{ 6}} метровий) апертурний телескоп.
Інфраструктурні рішення
DSOC прокладає шлях для зв’язку з високою швидкістю передачі даних, здатного передавати складну наукову інформацію, відео та зображення високої чіткості на підтримку наступного гігантського стрибка людства: відправки людей на Марс. Нещодавня демонстрація технології дозволила успішно передати перше відео надвисокої чіткості з космосу з рекордною швидкістю передачі даних, що стало великим проривом у далекому космосі.
DSN (Deep Space Network) має 14 сайтів по всьому світу, розташованих у Каліфорнії, Мадриді та Канберрі, Австралія. Ці гібридні антени здатні отримувати великі обсяги даних за допомогою оптичного зв’язку, доповненого радіочастотами для отримання даних меншої смуги пропускання, таких як телеметричні дані (включно з інформацією про стан космічного корабля та його положення).