Установлена лазерная связь на расстоянии 16 миллионов километров. Это в 40 раз дальше Луны
В рамках эксперимента NASA по оптической связи в глубоком космосе (DSOC) на телескоп Хейла в Паломарской обсерватории Калифорнийского технологического института в округе Сан-Диего (Калифорния) от спутника Psyche с расстояния почти 16 млн км — примерно в 40 раз дальше, чем Луна от Земли, — был передан лазерный луч ближнего инфракрасного диапазона с кодированными тестовыми данными. Это самая дальняя в истории демонстрация оптической связи.
DSOC находится на борту недавно запущенного космического аппарата Psyche. DSOC настроен на передачу тестовых данных с высокой пропускной способностью на Землю в ходе двухлетней демонстрации технологии во время полета Psyche к главному поясу астероидов между Марсом и Юпитером. Лаборатория реактивного движения NASA в Южной Калифорнии управляет как DSOC, так и Psyche.
«Первый свет» был получен 14 ноября, когда бортовой лазерный приемопередатчик — новейший прибор на борту Psyche, способный передавать и принимать сигналы в ближней инфракрасной области, — зафиксировал мощный восходящий лазерный маяк, переданный из лаборатории оптических телескопов связи на базе Столовой горы вблизи Райтвуда (Калифорния).
Маяк помог приемопередатчику направить свой лазер на Паломар (который находится в 130 км, к югу от Столовой горы), а автоматические системы на приемопередатчике и наземных станциях выполнили точную настройку наведения.
«Передача и получение первого света — это один из многих важнейших этапов работы DSOC в ближайшие месяцы, который открывает путь к более высокоскоростной связи, способной передавать научную информацию, изображения высокой четкости и потоковое видео для следующего гигантского скачка человечества — отправки людей на Марс», — говорит Труди Кортес, директор отдела демонстрации технологий в штаб-квартире NASA в Вашингтоне.
«Утреннее испытание во вторник стало первым, в котором были полностью задействованы наземные средства и бортовой приемопередатчик, что потребовало от оперативных групп DSOC и Psyche работать в тандеме», — сказала Мера Шринивасан (Meera Srinivasan), руководитель оперативного отдела DSOC в JPL. «Это была сложная задача, и нам предстоит еще много работы, но в течение короткого времени мы смогли передавать, принимать и декодировать некоторые данные».
Как DSOC впервые будет использован для тестирования высокоскоростной передачи данных за пределы лунной орбиты и как это может изменить исследование дальнего космоса. NASA/JPL-Caltech/ASU
Первый свет и первый бит
После успешной передачи «первого света» команда DSOC займется доработкой систем, управляющих наведением нисходящего лазера на борту спутника.
После этого можно будет продемонстрировать высокую пропускную способность передачи данных от приемопередатчика к Паломару на различных расстояниях от Земли. Эти данные имеют форму битов, закодированных в фотонах — квантовых частицах света, излучаемых лазером.
После того как специальная сверхпроводящая высокоэффективная детекторная матрица обнаруживает фотоны, для извлечения данных из отдельных фотонов, поступающих на телескоп Хейла, используются новые методы обработки сигналов.
Цель эксперимента DSOC — продемонстрировать скорость передачи данных, в 10-100 раз превышающую возможности современных радиочастотных систем, используемых сегодня на космических аппаратах.
Как в радиосвязи, так и в лазерной связи ближнего инфракрасного диапазона для передачи данных используются электромагнитные волны, но в ближнем инфракрасном свете данные упаковываются гораздо плотнее, что позволяет наземным станциям получать больше информации.
Оптическая связь уже была продемонстрирована на низкой околоземной орбите и на Луне, но DSOC — это первое испытание в дальнем космосе. При демонстрации необходимо учесть время, необходимое для прохождения света от космического аппарата до Земли: на самом дальнем расстоянии от нашей планеты фотоны ближнего инфракрасного диапазона, излучаемые DSOC, пройдут обратный путь примерно за 20 минут (во время испытаний 14 ноября путь от «Психеи» до Земли занял около 50 секунд). За это время и космический аппарат, и планета переместятся, поэтому лазеры восходящей и нисходящей линии связи должны будут подстроиться под изменение положения.
«Получение первого света — это огромное достижение. Наземные системы успешно засекли фотоны лазера дальнего космоса с бортового приемопередатчика DSOC на борту Psyche», — сказал Аби Бисвас, технолог проекта DSOC в JPL. Кроме того, мы смогли отправить некоторые данные, то есть обменяться «битами света» из космоса и в космос».