Лазер вместо радио: зонд НАСА испытает уникальную технологию связи с Землей из глубин космоса
Человечество совершило замечательные скачки с начала космической эры, побывав вблизи каждой планеты в Солнечной системе и даже отправив автоматические космические корабли в межзвездное пространство. Но эти замечательные миссии все еще сдерживаются особенностями радиосвязи.
Полагаясь на старомодные радиосистемы X-диапазона, пилотируемые и роботизированные миссии страдают от пропускной способности и скорости передачи, которые смехотворно малы и медленны. Отправка одного изображения с высоким разрешением с орбитального аппарата НАСА Mars Reconnaissance Orbiter может занять полтора часа, а загрузка данных облета Плутона космическим кораблем New Horizons заняла 16 дней.
В свете этого НАСА экспериментировало с использованием лазеров, чтобы не только создать гораздо более быструю прямую связь между космическими миссиями и Землей, но и освободить сеть дальнего космоса (DSN) антенн для более важных задач, чем рутинная связь.
Последним из этих экспериментов является проект НАСА Deep Space Optical Communications (DSOC), который включает установку лазерного приемопередатчика ближнего инфракрасного диапазона на борту космического корабля Psyche. Цель демонстрации — не только увидеть, как система работает на расстоянии сотен миллионов миль, но и изучить, как оптимизировать работу двух наземных станций в Южной Калифорнии и компенсировать мешающие силы.
При работе DSOC увеличит поток данных в 10–100 раз благодаря телескопу с апертурой 22 см, оснащенному никогда ранее не использовавшейся камерой для подсчета фотонов, а также подсистемой для автономного сканирования и фиксации на высоких частотах. Паломарская обсерватория в округе Сан-Диего, Калифорния, которая находится примерно в 130 км к югу от Столовой горы, будет действовать как канал связи. Кроме того, новая система распорок будет гасить вибрации космического корабля, чтобы лазер оставался зафиксированным на удаленной цели.
Между тем, телескоп Хейла в Паломаре будет использовать блок детектора одиночных фотонов из сверхпроводящей нанопроволоки с криогенным охлаждением, который, как следует из его названия, может обнаружить даже одиночный фотон лазера. Из-за огромного расстояния, которое нужно преодолеть частицам, оба конца системы должны компенсировать изменение положения Земли и «Психеи» в течение десятков минут, необходимых для прохождения сигнала между ними.