La NASA recibe comunicaciones láser desde una distancia de más de 140 millones de millas.

NASAEl Experimento de Comunicaciones Ópticas del Espacio Profundo también interactuó con el sistema de comunicaciones de la nave espacial Psyche por primera vez, transmitiendo datos de ingeniería a la Tierra.

A bordo de la nave espacial Psyche de la NASA, la demostración de tecnología de comunicaciones ópticas en el espacio profundo de la agencia continúa batiendo récords. Si bien la nave espacial destinada a asteroides no depende de comunicaciones ópticas para enviar datos, la nueva tecnología ha demostrado estar a la altura de la tarea. Después de interactuar con el transmisor de radiofrecuencia de Psyche, la pantalla de comunicaciones láser transmitió una copia de datos de ingeniería desde una distancia de más de 226 millones de kilómetros (140 millones de millas), equivalente a una vez y media la distancia entre la Tierra y el Sol.

Este logro ofrece una idea de cómo las naves espaciales utilizarán las comunicaciones ópticas en el futuro, permitiendo comunicaciones de mayor velocidad de datos de información científica compleja, así como imágenes y videos de alta definición para respaldar el próximo gran salto de la humanidad: enviar humanos al espacio. Marte.

Esta visualización muestra la posición de la nave espacial Psyche el 8 de abril cuando el transceptor láser aeronáutico DSOC transmitió datos a una velocidad de 25 megabits por segundo en un rango de 140 millones de millas a una estación de enlace descendente en la Tierra. Fuente de la imagen: NASA/JPL-Caltech

«Entregamos alrededor de 10 minutos de datos duplicados de la nave espacial durante su sobrevuelo el 8 de abril», dijo Meera Srinivasan, líder de operaciones del proyecto en el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA en el sur de California. «Hasta entonces, habíamos estado transmitiendo datos de prueba y diagnóstico en nuestros enlaces descendentes desde Psyche. Esto representa un hito importante para el proyecto al mostrar cómo las comunicaciones ópticas pueden interactuar con el sistema de comunicaciones por radiofrecuencia de la nave espacial».

La tecnología de comunicaciones láser en esta demostración está diseñada para transmitir datos desde el espacio profundo a velocidades de 10 a 100 veces más rápidas que los modernos sistemas de radiofrecuencia utilizados en las misiones al espacio profundo en la actualidad.

Tras su lanzamiento el 13 de octubre de 2023, la nave espacial permanece intacta y estable durante su viaje hacia el principal cinturón de asteroides entre Marte y la Tierra. Júpiter Para visitar el yo asteroide.

Superar las expectativas

La demostración de Comunicaciones Ópticas de la NASA mostró que puede transmitir datos de prueba a una velocidad máxima de 267 megabits por segundo (Mbps) desde el láser de enlace descendente del infrarrojo cercano del transceptor láser, una velocidad de bits similar a las velocidades de descarga de Internet de banda ancha.

Esto se logró el 11 de diciembre de 2023, cuando el experimento envió un vídeo de alta resolución de 15 segundos a la Tierra desde una distancia de 19 millones de millas (31 millones de kilómetros, o aproximadamente 80 veces la distancia entre la Tierra y la Luna). Video, junto con otros datos de pruebas, incluidas versiones digitales de la Universidad Estatal de Arizona. Psicológicamente inspirado La obra de arte se cargó en un transceptor láser de aviación (ver imagen a continuación) antes del lanzamiento de Psyche el año pasado.

El transceptor láser de Comunicaciones Ópticas del Espacio Profundo (DSOC) se exhibe en el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA en el sur de California en abril de 2021, antes de ser instalado dentro de su carcasa cuadrada que luego se integró con la nave espacial Psyche de la NASA. El transceptor consta de un transmisor láser de infrarrojo cercano para enviar datos de alta velocidad a la Tierra y una cámara sensible de conteo de fotones para recibir datos de baja velocidad enviados desde la Tierra. El transceptor está montado sobre un conjunto de puntales y actuadores (como se muestra en esta imagen) que estabilizan la óptica de las vibraciones de la nave espacial. Fuente de la imagen: NASA/JPL-Caltech

Ahora que la nave espacial está más de siete veces más lejos, la velocidad a la que puede enviar y recibir datos ha disminuido, como se esperaba. Durante la prueba del 8 de abril, la nave espacial transmitió datos de prueba a una velocidad máxima de 25 Mbps, superando con creces el objetivo del proyecto de demostrar que se puede alcanzar al menos 1 Mbps a esa distancia.

El equipo del proyecto también ordenó al transceptor que transmitiera ópticamente los datos generados por Psyche. Mientras Psyche transmitía datos a través de su canal de radiofrecuencia a la Red de Espacio Profundo (DSN) de la NASA, el sistema de comunicaciones ópticas transmitía simultáneamente una parte de los mismos datos al Telescopio Hale en el Observatorio Palomar de Caltech en el condado de San Diego, California. Demostración de la tecnología de estaciones terrenas de enlace descendente.

“Después de recibir datos de DSN y Palomar, verificamos visualmente los datos asociados en Laboratorio de propulsión a chorrodijo Ken Andrews, líder de operaciones de vuelo del proyecto en JPL. «Fue una pequeña cantidad de datos transferidos en un corto período de tiempo, pero el hecho de que lo hagamos ahora superó todas nuestras expectativas».

Diversión con láseres

Después del lanzamiento de Psyche, la demostración de comunicaciones ópticas se utilizó inicialmente para vincular datos precargados, incluidos datos Vídeo del gato Taters. Desde entonces, el proyecto ha demostrado que el transceptor puede recibir datos de… Láser de enlace ascendente de alta potencia En las instalaciones del JPL en Table Mountain, cerca de Wrightwood, California. Los datos también pueden enviarse a un transceptor y luego conectarse nuevamente a la Tierra esa misma noche, como demostró el proyecto en un reciente «experimento de transformación».

Este experimento transmitió datos de prueba, así como fotografías digitales de mascotas, a Psyche y viceversa, en un viaje de ida y vuelta de hasta 280 millones de millas (450 millones de kilómetros). También comunicó grandes cantidades de datos de ingeniería para la demostración tecnológica destinada a estudiar las propiedades del enlace de comunicaciones ópticas.

“Hemos aprendido mucho sobre hasta dónde podemos impulsar el sistema cuando tenemos cielos despejados. Tormentas “En ocasiones han detenido las operaciones tanto en Table Mountain como en Palomar”, dijo Ryan Rogalin, líder del proyecto de electrónica del receptor en JPL. (Si bien las comunicaciones por radiofrecuencia pueden funcionar en la mayoría de las condiciones climáticas, las comunicaciones ópticas requieren cielos relativamente despejados para transmitir datos de gran ancho de banda).

La Estación Espacial Profunda 13 en el Complejo Goldstone de la NASA en California, parte de la Red de Espacio Profundo de la agencia, es una antena experimental adaptada con una punta óptica. Inicialmente, esta prueba de concepto recibía señales de radiofrecuencia y láser desde el espacio profundo al mismo tiempo. Fuente de la imagen: NASA/JPL-Caltech

JPL dirigió recientemente un experimento para combinar Palomar, una antena óptica de radiofrecuencia experimental en el Complejo de Comunicaciones del Espacio Profundo Goldstone de DSN en Barstow, California, y un detector en Table Mountain para recibir la misma señal en concierto. «Disponer» varias estaciones terrestres para imitar un receptor grande puede ayudar a potenciar la señal del espacio profundo. Esta estrategia también puede ser útil si una estación terrestre se ve obligada a desconectarse debido a las condiciones climáticas; Otras estaciones aún pueden recibir la señal.

Más sobre la misión

Esta demostración, gestionada por el JPL, es la última de una serie de experimentos de comunicaciones ópticas financiados por el programa Technology Demonstration Mission (TDM) de la NASA y el programa SCaN (Space Communications and Navigation) de la agencia dentro de la Dirección de Misiones de Operaciones Espaciales. El desarrollo del transceptor láser de aviación cuenta con el apoyo de Instituto de Tecnología de Massachusetts Laboratorio Lincoln, L3 Harris, CACI, First Mode, Controlled Dynamics Inc., Fibretek, Coherent y Dotfast sistemas terrestres de soporte. Parte de esta tecnología se desarrolló a través del Programa de Investigación de Innovación para Pequeñas Empresas de la NASA.

La Universidad Estatal de Arizona lidera la misión Psyche. JPL es responsable de la gestión general de la misión, la ingeniería de sistemas, la integración y pruebas, y las operaciones de la misión. Psyche es la decimocuarta misión seleccionada como parte del Programa de Exploración de la NASA bajo la Dirección de Misiones Científicas, administrada por el Centro Marshall de Vuelos Espaciales de la agencia en Huntsville, Alabama. El Programa de Servicios de Lanzamiento de la NASA, con sede en el Centro Espacial Kennedy de la agencia en Florida, gestionó el servicio de lanzamiento. Maxar Technologies proporcionó el chasis de la nave espacial de propulsión eléctrica solar de alta energía desde Palo Alto, California.