НАСА успешно экспериментирует с оптическими антеннами, открывая новую главу в области лазерной связи в дальнем космосе

Недавно НАСА объявило, что гибридная антенна в его сети дальнего космоса (DSN) успешно отслеживает и декодирует лазерные сигналы ближнего инфракрасного диапазона от космического корабля «Прозаик».
Эта экспериментальная антенна не только обладает способностью принимать радиочастотные сигналы, но и успешно реализует прием и обработку оптических сигналов, что открывает новые возможности для развития технологий лазерной связи в дальнем космосе.
В этом эксперименте антенна успешно захватила радиочастотные и ближние инфракрасные лазерные сигналы, излучаемые космическим кораблем Psyker во время его полета в глубоком космосе, продемонстрировав потенциал гигантской тарелочной антенны DSN для перехода к оптической/лазерной связи. Этот переход не только улучшит освоение космоса, но также обеспечит более надежную поддержку сетей дальнего космоса по мере роста требований к сети.
Гибридная антенна, получившая название «Глубокая космическая станция 13», расположена в Центре дальней космической связи Голдстоуна недалеко от Барстоу, Калифорния. С ноября 2023 года он отслеживает лазеры нисходящей линии связи для демонстрации технологии НАСА для оптической связи в дальнем космосе (DSOC). Летающий лазерный приемопередатчик для демонстрации этой технологии находится на борту космического корабля Psyker, запускаемого агентством 13 октября 2023 года.
Программы DSN, DSOC и Psyche управляются Лабораторией реактивного движения НАСА (JPL) в Южной Калифорнии. «Вскоре после начала демонстрации технологии наша гибридная антенна успешно и надежно зафиксировалась на нисходящей линии связи DSOC и уловила радиочастотный сигнал Psyche. Это важная веха для нашей первой синхронизированной радио- и оптической связи в дальнем космосе».
В конце 2023 года гибридная антенна загрузила данные с космического корабля «Пурсек», находящегося на расстоянии 20 миллионов миль (32 миллиона километров), со скоростью 15,63 мегабит в секунду, что примерно в 40 раз быстрее, чем радиочастотная связь по всему миру. такое же расстояние. К 1 января 2024 года антенна успешно загрузила еще одну командную фотографию, которая была загружена в DSOC до запуска Psyker.
Конкретные механизмы
Чтобы обеспечить обнаружение лазерных фотонов, внутри гибридной антенны установлены семь сверхточных сегментированных зеркал. Эти зеркала имитируют светособирающую апертуру телескопа с апертурой 3,3-фута (1-метра), и когда лазерные фотоны достигают антенны, каждое зеркало отражает фотоны и перенаправляет их точно в высокочастотную точку. Экспозиционная камера. Лазерные сигналы, собранные камерой, затем передаются по оптоволоконному кабелю на криогенно охлаждаемый полупроводниковый однофотонный детектор на основе нанопроводов, который был спроектирован и изготовлен Лабораторией микроустройств Лаборатории реактивного движения (JPL).
Барзия Техрани, заместитель менеджера JPL и менеджер по поставкам наземных систем гибридной антенной связи, сказала: «Это высокосовместимая оптическая система, построенная на гибкой конструкции 34-метра. Мы используем систему зеркал, прецизионных датчиков и камер для активно выравнивайте и направляйте лазерный свет из глубокого космоса в оптическое волокно, которое достигает детектора».
Он также сообщил, что команда надеется, что антенна в будущем сможет обнаруживать лазерные сигналы, исходящие с Марса, в самой дальней точке от Земли (в 2,5 раза больше расстояния от Солнца до Земли). Псайкер достигнет этого расстояния в июне, отправившись к главному поясу астероидов между Марсом и Юпитером, чтобы исследовать богатый металлами астероид Псайкер.
Семисегментное зеркало на антенне является доказательством концепции, которая позволит в будущем использовать гораздо большее и более мощное 64-сегментное зеркало, эквивалентное 26-футу ({{ 6}метровый) апертурный телескоп.
Инфраструктурные решения
DSOC прокладывает путь к более высокой скорости передачи данных, способной передавать сложную научную информацию, видео и изображения высокой четкости в поддержку следующего гигантского скачка человечества: отправки людей на Марс. Недавняя демонстрация этой технологии позволила успешно передать первое видео сверхвысокой четкости из космоса с рекордной скоростью передачи данных, что стало крупным прорывом в области связи в дальнем космосе.
DSN (Deep Space Network) имеет 14 сайтов по всему миру, расположенных в Калифорнии, Мадриде и Канберре, Австралия. Эти гибридные антенны способны принимать большие объемы данных с использованием оптической связи, дополненные радиочастотами для приема данных с меньшей полосой пропускания, таких как данные телеметрии (включая информацию о состоянии космического корабля и его местоположении).