NASA uspješno eksperimentira s optičkim antenama, otvarajući novo poglavlje u laserskim komunikacijama dubokog svemira

Nedavno je NASA objavila da je hibridna antena u njezinoj Deep Space Network (DSN) uspješno pratila i dekodirala bliske infracrvene laserske signale iz svemirske letjelice "Prosaic".
Ova eksperimentalna antena ne samo da ima mogućnost primanja RF signala, već je također uspješno realizirala prijem i obradu optičkih signala, što pruža nove mogućnosti za razvoj tehnologije laserske komunikacije dubokog svemira.
U ovom eksperimentu, antena se uspješno uhvatila za RF i blisko infracrvene laserske signale koje je emitirala svemirska letjelica Psyker tijekom svog leta duboko u svemiru, demonstrirajući potencijal DSN-ove goleme antene za prijelaz na optičku/lasersku komunikaciju. Ovaj prijelaz ne samo da će poboljšati istraživanje svemira, već će također pružiti snažniju podršku za mreže dubokog svemira kako mrežni zahtjevi rastu.
Hibridna antena, nazvana Deep Space Station 13, nalazi se u Goldstone Deep Space Communications Center u blizini Barstowa u Kaliforniji. Od studenog 2023. prati lasere za silaznu vezu za NASA-inu demonstraciju tehnologije Deep Space Optical Communications (DSOC). Leteći laserski primopredajnik za ovu demonstraciju tehnologije nalazi se na svemirskoj letjelici Psyker koju je agencija lansirala 13. listopada 2023.
Programima DSN, DSOC i Psyche upravlja NASA-in Laboratorij za mlazni pogon (JPL) u južnoj Kaliforniji. "Ubrzo nakon pokretanja demonstracije tehnologije, naša se hibridna antena uspješno i pouzdano priključila na DSOC downlink i pokupila radiofrekvencijski signal Psyche. Ovo je prekretnica za našu prvu sinkroniziranu radio i optičku frekvencijsku komunikaciju u dubokom svemiru."
Krajem 2023. godine hibridna antena preuzela je podatke sa svemirske letjelice Pursek, koja je udaljena 20 milijuna milja (32 milijuna kilometara), brzinom od 15,63 megabita u sekundi, što je oko 40 puta brže od radiofrekventne komunikacije preko ista udaljenost. Do 1. siječnja 2024. Antena je uspješno preuzela još jednu timsku fotografiju koja je bila postavljena na DSOC prije lansiranja Psykera.
Specifični mehanizmi
Kako bi se omogućila detekcija laserskih fotona, unutar hibridne antene montirano je sedam ultrapreciznih segmentiranih zrcala. Ova zrcala oponašaju otvor za prikupljanje svjetlosti teleskopa s otvorom od 3.3- stope (1- metra), a kako laserski fotoni dođu do antene, svako zrcalo reflektira fotone i preusmjerava ih točno na visoko kamera za izlaganje. Laserski signali prikupljeni kamerom zatim se putem optičkih vlakana prenose do kriogeno hlađenog jednofotonskog detektora poluvodičke nanožice, koji je dizajnirao i izradio Laboratorij za mikrouređaje u Laboratoriju za mlazni pogon (JPL).
Barzia Tehrani, zamjenik upravitelja JPL-a i voditelj isporuke za hibridne antenske komunikacijske zemaljske sustave, rekao je: "Ovo je vrlo kompatibilan optički sustav izgrađen na 34-metarskoj fleksibilnoj strukturi. Koristimo sustav zrcala, preciznih senzora i kamera za aktivno usmjeriti i voditi lasersko svjetlo iz dubokog svemira u optičko vlakno koje dopire do detektora."
Također je otkrio da se tim nada da će antena u budućnosti moći detektirati laserske signale koji dolaze s Marsa na njegovoj najudaljenijoj točki od Zemlje (2,5 puta udaljenosti od Sunca do Zemlje). Psyker će ovu udaljenost dosegnuti u lipnju, putujući do glavnog asteroidnog pojasa između Marsa i Jupitera kako bi istražio asteroid Psyker bogat metalima.
Zrcalo od sedam segmenata na anteni je dokaz koncepta koji će omogućiti buduću upotrebu mnogo većeg i moćnijeg 64-segmentnog zrcala-ekvivalenta 26-nogi ({{ 6}}metarski) teleskop s otvorom.
Infrastrukturna rješenja
DSOC utire put komunikaciji veće brzine podataka koja može prenijeti složene znanstvene informacije, video i slike visoke razlučivosti kao podršku sljedećem velikom skoku čovječanstva: slanju ljudi na Mars. Nedavna demonstracija tehnologije uspješno je prenijela prvi video ultra-visoke razlučivosti iz svemira uz rekordnu brzinu prijenosa, označavajući veliki napredak u komunikaciji dubokog svemira.
DSN (Deep Space Network) ima 14 lokacija diljem svijeta, smještenih u Kaliforniji, Madridu i Canberri, Australija. Ove hibridne antene sposobne su primati velike količine podataka korištenjem optičkih komunikacija, dopunjenih radio frekvencijama za primanje podataka manje propusnosti, kao što su telemetrijski podaci (uključujući informacije o stanju i položaju svemirske letjelice).