Оптическая полезная нагрузка для науки о лазерме

Опал
	Рендеринг художника Opals Down Link Image Credit JPL/CalTech
Оператор	Столеточная лаборатория
Производитель	Столеточная лаборатория
Тип инструмента	Коммуникации
Функция	Лазерная связь
Продолжительность миссии	90 дней
Начал операции	18 апреля 2014 года
Веб -сайт	http://phaeton.jpl.nasa.gov
Характеристики
Масса	159 килограммов
Запускается номер	1
Скорость передачи данных	50 МБ/с
Хозяин космический корабль
Космический корабль	Международная космическая станция
Дата запуска	18 апреля 2014 года
Ракета	Капсула Dragon Falcon 9
Сайт запуска	Кейп Канаверал
Cospar Id	1998-067a
Орбита	Низкая земля орбита

Оптическая полезная нагрузка для Lasercomm Science ( Opals ) - это космический коммуникационный инструмент, разработанный в лаборатории реактивных движений , который был протестирован на Международной космической станции (ISS) с 18 апреля 2014 года по 17 июля 2014 года, чтобы продемонстрировать технологию для лазерных систем связи между космическим кораблем и землей. станции ^{[ 2 ]}

Цель Опалов-провести исследование замены традиционных радиочастотных (РФ) коммуникаций , которые в настоящее время используются на космическом корабле. ^{[ 3 ]} Это позволит космическим кораблям увеличить скорость, с которой данные понижаются в 10-100 раз. ^{[ 4 ]} Это также будет иметь меньшую ошибку, чем радиочастотная связь. ^{[ 3 ]}

Он запустил с мыса Канаверал до МКС 18 апреля 2014 года на Falcon 9 SpaceX CRS-3 повторном положении капсулы капсулы Dragon . ^{[ 5 ]}

В эксперименте использовались коммерческие продукты, а не космические компоненты. ^{[ 6 ]}

Научные цели

Цель миссии Opals состояла в том, чтобы продемонстрировать нисходящую линию короткого видео из космоса с использованием лазерной связи. При этом было изучено следующее:

Поддержание оптической связи между землей и пространством с различными условиями окружающей среды и эксплуатации ^{[ 7 ]}
Обработка искаженных данных ^{[ 7 ]}
Конструкция процедуры для настройки оптической ссылки ^{[ 7 ]}
Какое оборудование используется для отправки и получения сигнала ^{[ 7 ]}

Архитектура миссии

Коммуникации и команды были отправлены в систему полета через операционную систему миссии (MOS), которая является процессом, разработанным командой Opals. Когда команда хотела выполнить лазерную нисходящую линию, она стала следующим образом ^{[ 7 ]}

Информация начинается в Flight MOS, расположенном контроль миссии в JPL, где планируется связь с системой полета
Информация отправляется в Центр поддержки операций Huntsville (HOSC) в центре космических полетов Marshall , где он отправляется через RF в систему отслеживания данных и служб ретрансляции (TDRSS) , которая является массивом спутников связи
TDRSS отправляет информацию на МКС и систему полета, снова через RF
Система полета выполняет лазерную нисходящую линейку, которая получает Лабораторию телескопа оптических связей (OCTL) в Райтвуде, штат Калифорния, где расположена наземная система опал.
Информация наконец -то предоставлена главному исследованию миссии Opals для команды, чтобы проанализировать

Этот процесс выполняется в считанные секунды. ^{[ 8 ]} В случае связи, которые не являются лазерной передачей (например, проверки здоровья системы), архитектура почти такая же. Восходящая линия такая же, следующие шаги 1-3. Нисходящая Лингел вместо того, чтобы спуститься к октябрю, проходит по тому же пути, что и восходящая линия, за исключением назад. ^{[ 7 ]} Как и восходящая линия, все сообщения проходят через RF.

Хотя большинство нисходящих связей прошли через октябрь, некоторые проходили через другие наземные станции, в том числе Германский аэрокосмический центр (DLR) на наземной станции в Оберпфаффенхофене, Германии и Европейского космического агентства наземной станции на горе Тейде, Тенерифе, Канари -островах . ^{[ 9 ]}^{[ 6 ]}

Система

Opals имеет две аппаратные системы: система полета, которая отправляет лазерные нисходящие линии линии ISS, и заземляющую систему, которая помогает системе полета знать, где указывать, и получает свои нисходящие связи.

Полетная система

Система полета (изображенная справа) имеет три основные части: герметичный контейнер, оптический приемопербал и механизм съемного прикрепления полета (FRAM) . ^{[ 10 ]}

В герметичной контейнере содержится электроника, авионика , лазер коммуникации и пользовательскую электроэнергию, подчеркиваемую на 1 атмосферу с воздухом, чтобы сохранить электронику прохладной. ^{[ 7 ]}^{[ 10 ]} Лазер использует длину световой волны 1550 нанометров с 2,5 Вт мощности ^{[ 11 ]}^{[ 12 ]} и имеет апертуру диаметром 2,2 сантиметра. ^{[ 9 ]}^{[ 6 ]} Лазер был направлен через волокно в приемопередатчик в диапазоне, где он передавался с расстоянием 1,5 миллирадийского луча. ^{[ 12 ]}

Опалы в стадии строительства — Opals в рамках строительства *изображения Credit JPL/CalTech*

Оптическое приемопередатчик в диапазоне удерживает камеру восходящей линии связи и лазерного коллиматора на 2-осевом кардике. ^{[ 10 ]} Из -за соображений безопасности лазера, карман может не светить ни на что на МКС. ^{[ 7 ]} Чтобы избежать этого, каркас разработана с механическими остановками и электромеханическими предельными переключателями, так что его поле внимания (область, где он может указывать), ограничено шириной 36 ° по высоте и 106 ° в азимуте , где азимутальная ось обычно находится в направление движения МКС. ^{[ 7 ]} Из -за геометрии в диаметрах, система полета может выполнять только нисходящие связи только тогда, когда МКС находится к северу от наземной станции.

Из-за быстро меняющейся геометрии просмотра во время проходов направление, в котором каркас должен указывать на протяжении всего прохода, должно быть предварительно вычислить. ^{[ 13 ]} Список направлений для точки Gimbal был рассчитан на основе ISS GPS вектора состояния и кватерниона отношения . ^{[ 13 ]} Необходимость того, чтобы этот список был точным, была очень важной из -за ошибок в прогнозах ориентации ISS и потому, что в карнике не хватало каких -либо кодеров, поэтому все движения кардика должны были быть сделаны посредством мертвого расчета . ^{[ 13 ]} После того, как система полета обнаруживает маяк из наземной системы, она отслеживает маяк с помощью кармана. ^{[ 13 ]}

Фрам - это интерфейс между опалами и МКС. ^{[ 10 ]} Он не был разработан командой Opals, но был существующей частью, разработанной командой ISS в космическом центре Johnson. ^{[ 14 ]}

Наземная система

Заземляющая система - это то, что получает сигнал от лазерных листеребных связей системы полета. ^{[ 7 ]} Чаще всего в качестве наземной станции использовалась лаборатория оптических коммуникаций (OCTL) в Райтвуде, штат Калифорния, но также использовались другие международные станции. Обсерватория имеет 1-метровое зеркало, через которое выполняются все лазерные нисходящие связи. ^{[ 13 ]} Телескоп обладает способностью отслеживать объекты, которые находятся на орбите с низкой землей. ^{[ 13 ]} Функция наземной системы состоит в том, чтобы указать на полевую систему, где указывать лазер, а затем получить этот сигнал. Это указывает на то, где лазер должен указывать, освещая МКС с помощью лазера 976 нанометра. ^{[ 7 ]} Сигнал принимается через 3 -нанометровый нанометр 1550 нанометрового спектрального фильтра перед камерой приобретения арсенида в индий -галлия и лавинный детектор фотодиода , который удерживает приемник от ошеломленного солнечным светом в атмосфере Земли во время дневных проходов. ^{[ 13 ]}

Результаты

Opals попытались 26 нисходящих связей, из которых 18 были успешными. Половина успехов была предпринята ночью и наполовину днем. ^{[ 13 ]} Несмотря на то, что многие нисходящие связи считаются неудачными, некоторые из этих сбоев смогли отправить весь пакет данных, поскольку данные нисходящей линии связи состояли из одного и того же пакета данных, повторяемых много раз.

Как правило, нисходящие связи были более успешными в день, чем ночью. Нисходящие линии линии также пострадали в случае облачной погоды, хотя в некоторых случаях он смог повторно повторно обрести сигнал. Некоторые трудности были обнаружены с нисходящими связями с высокотистовыми наземными станциями, такими как DLR.

Смотрите также

Ссылки

^ Селингер, Марк (сентябрь 2014 г.). «Демонстрируя лазерные коммунирования» (PDF) . Журнал . Архивировано из оригинала (PDF) 12 августа 2015 года . Получено 8 ноября 2014 года .
^ «НАСА - Оптическая полезная нагрузка для науки о лазере» . www.nasa.gov . Получено 11 июля 2020 года .
^ Jump up to: ^а ^{беременный} «Опалы: световые балки позволяют взлететь скорости данных» . www.jpl.nasa.gov . 9 декабря 2014 года . Получено 2015-10-21 .
^ «Опалы НАСА до данных пучка из пространства через лазер» . www.jpl.nasa.gov . 11 июля 2013 года . Получено 2020-07-11 .
^ SpaceX. «Запуск манифест» . SpaceX . Архивировано из оригинала 2020-04-06 . Получено 2015-10-19 .
^ Jump up to: ^а ^{беременный} ^в Оайда; и др. (2017). «Аннотация оптической ссылки и проверки проверки оптической полезной нагрузки для системы Lasercomm Science (Opals) » . Общество фотооптических инженеров Инженеров (SPIE) . 10563 . Bibcode : 2017spie10563e..38w . doi : 10.1117/12.2304100 .
^ Jump up to: ^а ^{беременный} ^в ^{дюймовый} ^и ^фон ^глин ^час ^я ^Дж ^k Абрахамсон, Мэтью Дж.; Sindiy, Oleg v.; Oaida, Bogdan v.; Фрегосо, Сантос; Боулз-Мартинес, Джессика Н.; Кокоровски, Майкл; Уилкерсон, Маркус В.; Лаборатория реактивного движения/Калифорнийский технологический институт; Konyha, Alexander L.; Эмбри-ридд-авиационный университет (9 мая 2014 г.). Опатная архитектура операции по системе миссии для демонстрации оптической связи на МКС . Американский институт аэронавтики и космонавтики . doi : 10.2514/6.2014-1627 . ISBN 978-1-62410-221-9 .
^ "Desktoptv - 082615_msfc_cutin_opals" . av.ndc.nasa.gov . Архивировано с оригинала 2016-03-07 . Получено 2015-11-09 .
^ Jump up to: ^а ^{беременный} Oaida, Bogdan v.; Ву, Уильям; Erkmen, Baris I.; Бисвас, Абхиджит; Эндрюс, Кеннет С.; Кокоровски, Майкл; Уилкерсон, Маркус (2014-01-01). «Оптическая ссылка проектирование и проверка проверки оптической полезной нагрузки для системы Lasercomm Science (Opals)». В Хеммати, Хамид; Боросон, Дон М. (ред.). Свободное пространство лазерное общение и распространение атмосферы XXVI . Тол. 8971. С. 89710U - 89710U - 15. doi : 10.1117/12.2045351 . Получено 8 апреля 2023 года .
^ Jump up to: ^а ^{беременный} ^в ^{дюймовый} «Космос, звезды, Марс, Земля, планеты и многое другое - лаборатория реактивного движения НАСА» . phaeton.jpl.nasa.gov . Архивировано из оригинала 2015-10-15 . Получено 2015-10-21 .
^ "НАСА БЕРЫ 'Здравствуйте, мир! Видео из космоса через лазер » . www.jpl.nasa.gov . 6 июня 2014 года . Получено 2015-10-21 .
^ Jump up to: ^а ^{беременный} Райт, MW; Лаборатория реактивного движения/Калифорнийский технологический институт; Тан, RR; Nuphotontechnologies, Inc (2014-10-10). «Квалификационное тестирование лазерных передатчиков на основе волокна и валидация коммерческой лазерной системы» (PDF) . Международная конференция по космической оптике . Получено 8 ноября 2015 года .
^ Jump up to: ^а ^{беременный} ^в ^{дюймовый} ^и ^фон ^глин ^час Абрахамсон, Мэтью Дж.; Oaida, Bogdan v.; Синдий, Олег; Бисвас, Абхиджит (2015-01-01). «Достижение оперативного двустороннего лазерного приобретения для полезной нагрузки на международной космической станции». В Хеммати, Хамид; Боросон, Дон М. (ред.). Свободное пространство лазерное общение и распространение атмосферы xxvii . Тол. 9354. С. 935408–935408–21. doi : 10.1117/12.2182473 .
^ EVA CHECTLIST, STS-121 . Космический центр Джонсона. 2006. С. 20–22.

Внешние ссылки

[1] Селингер, Марк (сентябрь 2014 г.). «Демонстрируя лазерные коммунирования» (PDF) . Журнал . Архивировано из оригинала (PDF) 12 августа 2015 года . Получено 8 ноября 2014 года .

[NASA-OPALS-2] «НАСА - Оптическая полезная нагрузка для науки о лазере» . www.nasa.gov . Получено 11 июля 2020 года .

[:2-3] Jump up to: ^а ^{беременный} «Опалы: световые балки позволяют взлететь скорости данных» . www.jpl.nasa.gov . 9 декабря 2014 года . Получено 2015-10-21 .

[jpl-2013-4] «Опалы НАСА до данных пучка из пространства через лазер» . www.jpl.nasa.gov . 11 июля 2013 года . Получено 2020-07-11 .

[5] SpaceX. «Запуск манифест» . SpaceX . Архивировано из оригинала 2020-04-06 . Получено 2015-10-19 .

[Oaida-alt-6] Jump up to: ^а ^{беременный} ^в Оайда; и др. (2017). «Аннотация оптической ссылки и проверки проверки оптической полезной нагрузки для системы Lasercomm Science (Opals) » . Общество фотооптических инженеров Инженеров (SPIE) . 10563 . Bibcode : 2017spie10563e..38w . doi : 10.1117/12.2304100 .

[:0-7] Jump up to: ^а ^{беременный} ^в ^{дюймовый} ^и ^фон ^глин ^час ^я ^Дж ^k Абрахамсон, Мэтью Дж.; Sindiy, Oleg v.; Oaida, Bogdan v.; Фрегосо, Сантос; Боулз-Мартинес, Джессика Н.; Кокоровски, Майкл; Уилкерсон, Маркус В.; Лаборатория реактивного движения/Калифорнийский технологический институт; Konyha, Alexander L.; Эмбри-ридд-авиационный университет (9 мая 2014 г.). Опатная архитектура операции по системе миссии для демонстрации оптической связи на МКС . Американский институт аэронавтики и космонавтики . doi : 10.2514/6.2014-1627 . ISBN 978-1-62410-221-9 .

[8] "Desktoptv - 082615_msfc_cutin_opals" . av.ndc.nasa.gov . Архивировано с оригинала 2016-03-07 . Получено 2015-11-09 .

[:5-9] Jump up to: ^а ^{беременный} Oaida, Bogdan v.; Ву, Уильям; Erkmen, Baris I.; Бисвас, Абхиджит; Эндрюс, Кеннет С.; Кокоровски, Майкл; Уилкерсон, Маркус (2014-01-01). «Оптическая ссылка проектирование и проверка проверки оптической полезной нагрузки для системы Lasercomm Science (Opals)». В Хеммати, Хамид; Боросон, Дон М. (ред.). Свободное пространство лазерное общение и распространение атмосферы XXVI . Тол. 8971. С. 89710U - 89710U - 15. doi : 10.1117/12.2045351 . Получено 8 апреля 2023 года .

[:1-10] Jump up to: ^а ^{беременный} ^в ^{дюймовый} «Космос, звезды, Марс, Земля, планеты и многое другое - лаборатория реактивного движения НАСА» . phaeton.jpl.nasa.gov . Архивировано из оригинала 2015-10-15 . Получено 2015-10-21 .

[Hello-2014-11] "НАСА БЕРЫ 'Здравствуйте, мир! Видео из космоса через лазер » . www.jpl.nasa.gov . 6 июня 2014 года . Получено 2015-10-21 .

[:4-12] Jump up to: ^а ^{беременный} Райт, MW; Лаборатория реактивного движения/Калифорнийский технологический институт; Тан, RR; Nuphotontechnologies, Inc (2014-10-10). «Квалификационное тестирование лазерных передатчиков на основе волокна и валидация коммерческой лазерной системы» (PDF) . Международная конференция по космической оптике . Получено 8 ноября 2015 года .

[:3-13] Jump up to: ^а ^{беременный} ^в ^{дюймовый} ^и ^фон ^глин ^час Абрахамсон, Мэтью Дж.; Oaida, Bogdan v.; Синдий, Олег; Бисвас, Абхиджит (2015-01-01). «Достижение оперативного двустороннего лазерного приобретения для полезной нагрузки на международной космической станции». В Хеммати, Хамид; Боросон, Дон М. (ред.). Свободное пространство лазерное общение и распространение атмосферы xxvii . Тол. 9354. С. 935408–935408–21. doi : 10.1117/12.2182473 .

[14] EVA CHECTLIST, STS-121 . Космический центр Джонсона. 2006. С. 20–22.

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]

[ 12 ]

[ 13 ]

[ 14 ]