NASA продемонстрировало рекорд лазерной связи в глубоком космосе

Демонстрационная технология Deep Space Optical Communications от NASA установила новый рекорд лазерной связи, отправив сигнал с Земли на космический аппарат Psyche, находящийся на расстоянии 460 миллионов километров. Это расстояние соответствует расстоянию между Землёй и Марсом, когда они находятся дальше всего друг от друга.

Достигнув этого рубежа 29 июля, демонстрация технологий завершила первую фазу своей работы с момента запуска на борту Psyche 13 октября 2023 года.

«Это знаменательное событие. Лазерная связь требует очень высокого уровня точности, и до запуска Psyche мы не знали, насколько сильное ухудшение производительности мы увидим на самых дальних расстояниях. Теперь методы, которые мы используем для отслеживания и указания, проверены, что подтверждает, что оптическая связь может быть надёжным и преобразующим способом исследования Солнечной системы», — сказала Мира Шринивасан, руководитель проекта в Лаборатории реактивного движения NASA в Южной Калифорнии. 

Эксперимент Deep Space Optical Communications, проводимый JPL, состоит из лазерного приёмопередатчика и двух наземных станций. Телескоп Хейла с апертурой 5 метров в обсерватории Паломар Калтеха в округе Сан-Диего (Калифорния) выступает в качестве станции нисходящей связи, на которую лазерный приёмопередатчик отправляет данные из космоса. Лаборатория оптической связи на объекте JPL в Столовой горе около Райтвуда (Калифорния) выступает в качестве станции восходящей связи, способной передавать 7 киловатт лазерной мощности для отправки данных на приёмопередатчик.

Передавая данные со скоростью, в 100 раз превышающей радиочастоты, лазеры могут обеспечить передачу сложной научной информации, а также изображений и видео высокой чёткости, которые необходимы для поддержки марсианских миссий с астронавтами.

В настоящий момент Psyche, используя ионный двигатель для ускорения, продолжает двигаться по направлению к богатому металлами астероиду в главном поясе астероидов между Марсом и Юпитером.

Даже когда Psyche находился на расстоянии около 53 миллиона километров, что сопоставимо с расстоянием во время сближения Марса с Землёй, технология могла передавать данные с максимальной скоростью 267 мегабит в секунду. Эта скорость передачи данных близка к скорости загрузки широкополосного интернета. По мере удаления космического аппарата скорость, с которой он может отправлять и получать данные, снижается, как и ожидалось.

24 июня, когда Psyche находилась на расстоянии около 240 миллионов миль (390 миллионов километров) от Земли - более чем в 2½ раза больше расстояния между нашей планетой и Солнцем - проект достиг устойчивой скорости передачи данных по нисходящей линии связи в 6,25 мегабит в секунду с максимальной скоростью 8,3 мегабит в секунду. Хотя эта скорость значительно ниже максимальной скорости эксперимента, она намного выше того, чего может достичь система радиочастотной связи, использующая сопоставимую мощность, на таком расстоянии.

Целью Deep Space Optical Communications является демонстрация технологии, которая может надёжно передавать данные на более высоких скоростях, чем другие технологии космической связи, такие как радиочастотные системы. В стремлении достичь этой цели проект имел возможность протестировать такие наборы данных, как видео высокой чёткости, а также инженерные данные с Psyche. Например, один из переданных файлов включал цифровые версии художественного произведения Psyche Inspired Университета штата Аризона, изображения домашних животных команды и 45-секундное видео сверхвысокой чёткости и видео Земли и из космоса.

«Главной целью системы было доказать, что снижение скорости передачи данных обратно пропорционально квадрату расстояния. Мы достигли этой цели и передали огромные объемы тестовых данных на космический аппарат Psyche и с него с помощью лазера», — сказал Аби Бисвас, технолог проекта демонстрации технологий в JPL. Почти 11 терабит данных были переданы на первом этапе демонстрации.

Сейчас питание бортового приёмопередатчика отключено, оно будет включено снова 4 ноября. Это мероприятие докажет, что бортовое оборудование может работать не менее года.

«Мы включим лазерный приёмопередатчик и проведём короткую проверку его функциональности. Как только это будет достигнуто, мы сможем рассчитывать на эксплуатацию приёмопередатчика на его полных проектных возможностях в течение фазы после соединения, которая начнется позже в этом году», — сказал Кен Эндрюс, руководитель летных операций проекта в JPL.

Этот эксперимент является важным шагом в развитии технологий космической связи, которые необходимы для будущих миссий NASA, включая миссию на Марс. Технология Deep Space Optical Communications может обеспечить более быструю и надёжную связь между космическими кораблями и Землёй, что позволит передавать больше данных и изображений с высоким разрешением.

Эксперимент Deep Space Optical Communications продолжится в течение следующих нескольких месяцев, команда NASA планирует продолжать тестировать и улучшать эту технологию.