Оптическая связь в дальнем космосе
 Схема архитектуры планируемого прототипа дальней космической оптической связи (DSOC) | |
| Обзор программы | |
|---|---|
| Страна | Соединенные Штаты |
| Организация | НАСА |
| Менеджер | Лаборатория реактивного движения |
| Цель | Лазерная связь в космосе |
| Статус | Непрерывный |
| История программы | |
| Продолжительность | 2017 – настоящее время |
Deep Space Optical Communications ( DSOC ) — это действующая лазерная система космической связи , которая улучшила характеристики связи в 10–100 раз по сравнению с радиочастотной технологией без увеличения массы, объема или мощности. [ 1 ] DSOC способен обеспечить высокоскоростную нисходящую связь из-за пределов окололунного пространства .
Проект возглавляет Лаборатория реактивного движения НАСА (JPL) в Пасадене, Калифорния . В апреле 2024 года система успешно связалась с космическим кораблем «Психея» на расстоянии 140 миллионов миль. [ 2 ]
Обзор
[ редактировать ]Будущим человеческим экспедициям может потребоваться постоянный поток изображений высокой четкости, прямые видеотрансляции и передача данных в реальном времени через глубокий космос , чтобы обеспечить своевременное руководство и обновления во время дальних путешествий. [ 1 ] Даже при максимальной скорости передачи данных 5,2 мегабит в секунду (Мбит/с) Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) требуется 7,5 часов для передачи всех данных своего бортового самописца и 1,5 часа для отправки одного изображения HiRISE для обработки обратно на Землю. . Новые гиперспектральные формирователи изображений высокого разрешения предъявляют дополнительные требования к их системам связи, требуя еще более высоких скоростей передачи данных. [ 3 ]
Демонстрация технологии-предшественника этого оптического приемопередатчика НАСА « Психея» была запущена в 2023 году на борту роботизированной миссии по изучению гигантского металлического астероида, известного как 16 Психея . Лазерные лучи космического корабля будут приниматься 200-дюймовым (5-метровым) телескопом Хейла в Паломарской обсерватории в Калифорнии. [ 4 ] Лазерные лучи на космический корабль будут направляться из меньшего телескопа в обсерватории Тейбл-Маунтин в Калифорнии.
Первый свет был достигнут 14 ноября 2023 года. [ 5 ]
Первое видео, успешно переданное из космоса с использованием этой технологии, произошло 11 декабря 2023 года с рекордного расстояния в 19 миллионов миль (31 миллион километров, или примерно в 80 раз больше расстояния Земля-Луна). [ 6 ]
Дизайн
[ редактировать ]В этой новой технологии будут использоваться передовые лазеры ближнего инфракрасного диапазона (1,55 мкм). [ 7 ] ) электромагнитного спектра . [ 1 ] Архитектура основана на передаче лазерного маяка с Земли для стабилизации прямой видимости и направления назад лазерного луча нисходящей линии связи. Кроме того, для обеспечения безошибочной связи используются эффективные коды. Система должна корректировать фоновый шум (рассеянный свет) от атмосферы Земли и Солнца. [ 8 ] Учитывая нынешнее оборудование (наземная передача 1 м, наземный прием 5 м, телескоп космического корабля 22 см), ожидается, что скорость восходящей линии связи достигнет 292 кбит / с на расстоянии 0,4 астрономических единиц (60 000 000 км; 37 000 000 миль), а нисходящая линия связи достигнет 100 Мбит/с на том же расстоянии. [ 9 ] Ширина передаваемого луча обратно пропорциональна используемой частоте, поэтому чем короче используемая длина волны, тем уже и более сфокусированным может быть луч. [ 3 ] Пропускная способность линии вниз будет зависеть от диаметра наземного телескопа и будет меньше в дневное время. [ 9 ]
Три ключевые технологии DSOC, разработанные для проекта, включают: [ 7 ] [ 8 ]
- маломассивный блок помехоизоляции и наведения космического корабля для работы в условиях вибрационных возмущений космического корабля.
- высокоэффективный полетный лазерный передатчик;
- пара высокоэффективных детекторных матриц счета фотонов для летного оптического приемопередатчика и наземного приемника (телескопа). [ 8 ]
| Лазерный передатчик полета | Наземные системы |
|---|---|
| Лазер: 4 Вт Длина волны: 1550 нм |
Восходящая линия связи: • Телескоп (1 м) • Мощность 5 кВт • Длина волны 1064 нм |
| Телескоп: апертура 22 см. Способен направлять солнце под углом до 3 градусов. |
Нисходящая линия связи: • 5-метровый телескоп • Работает днем и ночью • Может указывать в пределах 12 градусов от Солнца. |
| Масса: <29 кг [ 9 ] | |
| Мощность: <100 Вт |
Психеи Миссия
[ редактировать ]Демонстрация оптической связи в глубоком космосе включена в НАСА «Психея» миссию , запущенную 13 октября 2023 года. Космический корабль «Психея» исследует металлический астероид 16 «Психея» , достигнув пояса астероидов в 2029 году. [ 10 ] [ 11 ] [ 12 ]
DSOC Первый свет был достигнут 14 ноября 2023 года. В ходе эксперимента 11 декабря было успешно передано 15-секундное видео сверхвысокой четкости из места, находящегося на расстоянии 19 миллионов миль от Земли (31 миллион километров, или примерно в 80 раз больше расстояния Земля-Луна). ). Предварительно загруженное видео с котом по имени Тейтерс было отправлено с максимальной скоростью передачи данных системы 267 мегабит в секунду (Мбит/с), и ему потребовалось 101 секунда, чтобы достичь Земли. [ 13 ]
См. также
[ редактировать ]- Демонстрация реле лазерной связи - полезная нагрузка НАСА запущена в 2021 году
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б с Оптическая связь в дальнем космосе (DSOC). Дженнифер Харбо, Новости НАСА, 24 октября 2017 г.
- ^ «Демонстрация оптической связи НАСА передает данные на расстояние более 140 миллионов миль - НАСА» . 25 апреля 2024 г. Проверено 25 апреля 2024 г.
- ^ Jump up to: а б Глубокая космическая связь . НАСА, 2017.
- ^ Холл, Лора, изд. (18 октября 2017 г.). « «Lighten Up» - связь в дальнем космосе через далекие фотоны» . НАСА.
В данную статью включен текст из этого источника, находящегося в свободном доступе .
- ^ «Земля только что получила лазерное сообщение с расстояния в 16 миллионов километров» . 20 ноября 2023 г.
- ^ «Техническая демонстрация НАСА транслирует первое видео из глубокого космоса с помощью лазера» . Лаборатория реактивного движения .
- ^ Jump up to: а б Оптическая связь в дальнем космосе (PDF) . Том Главич, НАСА. 28 июля 2015 г.
- ^ Jump up to: а б с Разработка, меняющая правила игры: оптическая связь в дальнем космосе (DSOC) (PDF) . Лаборатория реактивного движения НАСА.
- ^ Jump up to: а б с Оптическая связь в дальнем космосе (DSOC) (PDF) . Обзорный плакат. Бисвас НАСА, июль 2014 г.
- ^ Дэвид, Леонард (18 октября 2017 г.). «Связь в дальнем космосе через далекие фотоны» . НАСА/Лаборатория реактивного движения . Проверено 4 ноября 2017 г.
- ^ Грейсиус, Тони (14 сентября 2017 г.). «Обзор психики» . НАСА. Архивировано из оригинала 10 ноября 2021 года . Проверено 18 сентября 2017 г.
- ^ «Миссия НАСА «Психика» готовится к старту в следующем месяце» . НАСА. 6 сентября 2023 г. Проверено 19 сентября 2023 г.
- ^ «Техническая демонстрация НАСА транслирует первое видео из глубокого космоса с помощью лазера» . НАСА/Лаборатория реактивного движения-Калифорнийский технологический институт. 18 декабря 2023 г.
