Лазерный приемопередатчик для демонстрации технологии оптической связи в глубоком космосе (DSOC) в JPL в апреле 2021 года. Изображение: NASA/JPL-Caltech
На борту зонда НАСА «Психея», направляющегося к одноименному астероиду Главного пояса, находится демонстрационная технология DSOC (Deep Space Optical Communications). Это первый эксперимент по проверке лазерной связи в дальнем космосе, в частности, на Марсе.
В период с ноября по декабрь 2023 года DSOC успешно передал кодированные сигналы с тестовыми данными и видео на Землю с расстояния 16 и 31 млн км. Теперь НАСА объявило, что во время испытаний 8 апреля эксперимент впервые взаимодействовал с системой связи «Психеи» и передал на Землю технические данные миссии.
Он сделал это с удивительного расстояния в 226 млн км, что в два раза меньше расстояния между Землей и Солнцем (около 150 млн км), и со скоростью, значительно превышающей поставленную проектом цель.
Эксперимент проходит все более успешно
После запуска «Психеи» DSOC первоначально использовалась для передачи данных, предварительно загруженных в лазерный приемопередатчик. С тех пор проект продемонстрировал, что приемопередатчик может принимать данные с мощного восходящего лазера на объекте JPL Table Mountain вблизи Райтвуда, Калифорния. Данные также могут быть отправлены на приемопередатчик, а затем повторно соединены с Землей в ту же ночь.
Лазерная технология связи в этом демонстрационном проекте НАСА предназначена для передачи данных со скоростью в 10-100 раз быстрее, чем современные радиочастотные системы, используемые сегодня в космических миссиях.
Визуализация, показывающая положение зонда «Психея» 8 апреля, когда лазерный приемопередатчик DSOC передавал данные со скоростью 25 Мбит/с на расстояние 226 млн км на станцию передачи данных на Земле. Изображение: NASA/JPL-Caltech
В декабре 2023 года DSOC передал на Землю 15-секундный видеотест сверхвысокой четкости с расстояния 31 млн км. Там он продемонстрировал, что может передавать тестовые данные с максимальной скоростью 267 мегабит в секунду (Мбит/с) через ближний инфракрасный нисходящий канал полетного лазерного приемопередатчика — скорость передачи данных, сопоставимая со скоростью загрузки широкополосного Интернета.
Теперь, когда зонд находится в семь раз дальше, скорость, с которой он может отправлять и получать данные, уменьшилась, что было ожидаемо. Во время теста 8 апреля аппарат «Психея» передавал тестовые данные по лазеру с максимальной скоростью 25 Мбит/с. Это, однако, гораздо выше, чем запланированная для демонстрации скорость не менее 1 Мбит/с.
Лазерная передача научных данных из глубокого космоса
Во время испытаний 8 апреля команда проекта также дала команду полетному лазерному приемопередатчику на оптическую передачу данных, сгенерированных «Психеей». Пока аппарат передавал данные по своему радиочастотному каналу в сеть НАСА Deep Space Network (DSN), оптическая система связи одновременно передавала часть тех же данных на телескоп Хейла в Паломарской обсерватории Калтеха в округе Сан-Диего — наземную станцию нисходящей связи для эксперимента DSOC.
Кен Эндрюс, руководитель летных операций по проекту в JPL, пояснил: «Это была передача небольшого количества данных за короткий промежуток времени, но тот факт, что мы делаем это сейчас, превзошел все наши ожидания«.
Эксперимент НАСА «Оптическая связь в глубоком космосе» (DSOC) призван проложить путь к использованию лазерной связи для передачи данных из глубокого космоса. Изображение: NASA/JPL-Caltech
Наибольшую сложность для операций по передаче данных представляют штормы: в то время как радиочастотная связь может работать в большинстве погодных условий, оптическая связь требует относительно ясного неба для передачи данных с высокой пропускной способностью.
Недавно JPL провела эксперимент по использованию Паломарской обсерватории, экспериментальной оптической радиочастотной антенны в комплексе глубокой космической связи DSN в Голдстоу, Калифорния, и детектора на горе Столовая для одновременного приема одного и того же сигнала.
Организация нескольких станций на Земле, имитирующих большой приемник, может помочь усилить сигнал из дальнего космоса. Эта стратегия также может быть полезна, если одна из станций не работает из-за неблагоприятных погодных условий, поскольку другие станции все равно могут принимать сигнал.
