NASA menerima komunikasi laser dari jarak lebih dari 140 juta mil

NASAEksperimen Komunikasi Optik Luar Angkasa juga berinteraksi dengan sistem komunikasi pesawat ruang angkasa Psyche untuk pertama kalinya, mengirimkan data teknik kembali ke Bumi.

Di atas pesawat ruang angkasa Psyche milik NASA, demonstrasi teknologi komunikasi optik luar angkasa yang dilakukan badan tersebut terus memecahkan rekor. Meskipun pesawat ruang angkasa yang menuju asteroid tidak bergantung pada komunikasi optik untuk mengirim data, teknologi baru ini terbukti mampu melakukan tugas tersebut. Setelah berinteraksi dengan pemancar frekuensi radio Psyche, tampilan komunikasi laser mengirimkan salinan data teknik dari jarak lebih dari 140 juta mil (226 juta kilometer), setara dengan satu setengah kali jarak antara Bumi dan Matahari.

Pencapaian ini memberikan gambaran sekilas tentang bagaimana pesawat ruang angkasa akan menggunakan komunikasi optik di masa depan, memungkinkan komunikasi dengan kecepatan data yang lebih tinggi dari informasi ilmiah yang kompleks serta gambar dan video definisi tinggi untuk mendukung lompatan besar umat manusia berikutnya: mengirim manusia ke luar angkasa. Mars.

Visualisasi ini menunjukkan posisi pesawat ruang angkasa Psyche pada tanggal 8 April ketika transceiver laser penerbangan DSOC mengirimkan data dengan kecepatan 25 megabit per detik dalam jarak 140 juta mil ke stasiun downlink di Bumi. Sumber gambar: NASA/JPL-Caltech

“Kami mengirimkan sekitar 10 menit duplikat data pesawat ruang angkasa selama terbang lintasnya pada tanggal 8 April,” kata Meera Srinivasan, pimpinan operasi proyek di Jet Propulsion Laboratory NASA di California Selatan. “Sampai saat itu, kami telah mengirimkan data pengujian dan diagnostik melalui downlink kami dari Psyche. Ini merupakan tonggak penting bagi proyek ini dengan menunjukkan bagaimana komunikasi optik dapat berinteraksi dengan sistem komunikasi frekuensi radio pesawat ruang angkasa.”

Teknologi komunikasi laser dalam demonstrasi ini dirancang untuk mengirimkan data dari luar angkasa dengan kecepatan 10 hingga 100 kali lebih cepat daripada sistem frekuensi radio modern yang digunakan oleh misi luar angkasa saat ini.

Setelah diluncurkan pada 13 Oktober 2023, pesawat luar angkasa tersebut tetap utuh dan stabil selama perjalanan menuju sabuk asteroid utama antara Mars dan Bumi. Jupiter Untuk mengunjungi diri asteroid.

Melebihi harapan

Demonstrasi Komunikasi Optik NASA menunjukkan bahwa ia dapat mengirimkan data uji pada kecepatan maksimum 267 megabit per detik (Mbps) dari laser downlink inframerah-dekat pada transceiver laser — kecepatan bit yang mirip dengan kecepatan unduh Internet broadband.

Hal ini dicapai pada 11 Desember 2023, ketika percobaan mengirimkan video resolusi tinggi berdurasi 15 detik ke Bumi dari jarak 19 juta mil (31 juta kilometer, atau sekitar 80 kali jarak antara Bumi dan Bulan). Video, bersama dengan data pengujian lainnya, termasuk versi digital dari Arizona State University Terinspirasi secara psikologis Karya seni tersebut diunggah ke transceiver laser penerbangan (lihat gambar di bawah) menjelang peluncuran Psyche tahun lalu.

Transceiver laser Deep Space Optical Communications (DSOC) dipajang di Jet Propulsion Laboratory NASA di California Selatan pada April 2021, sebelum dipasang di dalam wadah berbentuk kotak yang kemudian diintegrasikan dengan pesawat ruang angkasa Psyche milik NASA. Transceiver terdiri dari pemancar laser inframerah-dekat untuk mengirim data berkecepatan tinggi ke Bumi, dan kamera penghitung foton sensitif untuk menerima data berkecepatan rendah yang dikirim dari Bumi. Transceiver dipasang pada satu set penyangga dan aktuator — ditunjukkan pada gambar ini — yang menstabilkan optik dari getaran pesawat ruang angkasa. Sumber gambar: NASA/JPL-Caltech

Kini, karena jarak pesawat ruang angkasa lebih dari tujuh kali lipat, kecepatan pengiriman dan penerimaan data telah menurun, seperti yang diperkirakan. Selama pengujian tanggal 8 April, pesawat ruang angkasa mengirimkan data pengujian dengan kecepatan maksimum 25 Mbps, jauh melebihi tujuan proyek untuk membuktikan setidaknya 1 Mbps dapat dicapai pada jarak tersebut.

Tim proyek juga menginstruksikan transceiver untuk mengirimkan data yang dihasilkan oleh Psyche secara optik. Saat Psyche mentransmisikan data melalui saluran frekuensi radionya ke Deep Space Network (DSN) NASA, sistem komunikasi optik secara bersamaan mengirimkan sebagian data yang sama ke Teleskop Hale di Observatorium Palomar Caltech di San Diego County, California – Ini adalah dasar demonstrasi teknologi stasiun bumi downlink.

“Setelah menerima data dari DSN dan Palomar, kami memverifikasi secara visual data terkait Laboratorium Propulsi Jetkata Ken Andrews, pimpinan operasi penerbangan proyek di JPL. “Itu adalah sejumlah kecil data yang ditransfer dalam waktu singkat, namun fakta bahwa kami melakukannya sekarang telah melampaui semua ekspektasi kami.”

Bersenang-senang dengan laser

Setelah peluncuran Psyche, demo komunikasi optik awalnya digunakan untuk menghubungkan data yang dimuat sebelumnya, termasuk data Video kucing Taters. Sejak itu, proyek ini telah membuktikan bahwa transceiver dapat menerima data dari… Laser uplink berdaya tinggi Di fasilitas Table Mountain JPL, dekat Wrightwood, California. Data juga dapat dikirim ke transceiver dan kemudian dihubungkan kembali ke Bumi pada malam yang sama, seperti yang ditunjukkan oleh proyek dalam “eksperimen transformasi” baru-baru ini.

Eksperimen ini mengirimkan data pengujian – serta foto digital hewan peliharaan – ke Psyche dan kembali lagi, perjalanan pulang pergi hingga 280 juta mil (450 juta kilometer). Ini juga mengkomunikasikan sejumlah besar data teknik untuk demonstrasi teknologi guna mempelajari properti tautan komunikasi optik.

“Kami telah belajar banyak tentang seberapa jauh kami dapat mendorong sistem ini ketika langit cerah Badai “Mereka kadang-kadang menghentikan operasi di Table Mountain dan Palomar,” kata Ryan Rogalin, pimpinan proyek elektronik penerima di JPL. (Meskipun komunikasi frekuensi radio dapat beroperasi di sebagian besar kondisi cuaca, komunikasi optik memerlukan langit yang relatif cerah untuk mengirimkan data bandwidth tinggi.)

Deep Space Station 13 di Kompleks Goldstone NASA di California – bagian dari Deep Space Network milik badan tersebut – adalah antena eksperimental yang dilengkapi dengan stasiun optik. Awalnya, pembuktian konsep ini menerima frekuensi radio dan sinyal laser dari luar angkasa secara bersamaan. Sumber gambar: NASA/JPL-Caltech

JPL baru-baru ini memimpin percobaan untuk menggabungkan Palomar, antena optik frekuensi radio eksperimental di Kompleks Komunikasi Luar Angkasa Goldstone DSN di Barstow, California, dan detektor di Table Mountain untuk menerima sinyal yang sama secara bersamaan. “Mengatur” beberapa stasiun bumi untuk meniru satu penerima besar dapat membantu meningkatkan sinyal luar angkasa. Strategi ini juga berguna jika stasiun bumi terpaksa offline karena kondisi cuaca; Stasiun lain masih dapat menerima sinyal.

Lebih lanjut tentang misi

Demonstrasi yang dikelola oleh JPL ini merupakan yang terbaru dari serangkaian eksperimen komunikasi optik yang didanai oleh program Misi Demonstrasi Teknologi (TDM) NASA dan program SCaN (Komunikasi dan Navigasi Luar Angkasa) badan tersebut dalam Direktorat Misi Operasi Luar Angkasa. Pengembangan transceiver laser penerbangan didukung oleh Institut Teknologi Massachusetts Laboratorium Lincoln, L3 Harris, CACI, First Mode, Controlled Dynamics Inc., Fibretek, Coherent, dan sistem landasan pendukung Dotfast. Beberapa dari teknologi ini dikembangkan melalui Program Penelitian Inovasi Bisnis Kecil NASA.

Arizona State University memimpin misi Psyche. JPL bertanggung jawab atas keseluruhan manajemen misi, rekayasa sistem, integrasi dan pengujian, serta operasi misi. Psyche adalah misi ke-14 yang dipilih sebagai bagian dari Program Eksplorasi NASA di bawah Direktorat Misi Sains, yang dikelola oleh Pusat Penerbangan Luar Angkasa Marshall di Huntsville, Alabama. Program Layanan Peluncuran NASA, yang berkantor pusat di Kennedy Space Center di Florida, mengelola layanan peluncuran tersebut. Maxar Technologies menyediakan sasis pesawat ruang angkasa propulsi listrik tenaga surya berenergi tinggi dari Palo Alto, California.