Een ruimtevaartuig dat bestemd is om een ​​unieke asteroïde te verkennen, zal ook nieuwe communicatiehardware testen die lasers gebruikt in plaats van radiogolven.

Het Deep Space Optical Communications (DSOC)-pakket aan boord van NASA's Psyche-missie maakt gebruik van fotonen - het fundamentele deeltje van zichtbaar licht - om meer gegevens in een bepaalde tijd te verzenden. Het doel van de DSOC is om de communicatieprestaties en efficiëntie van ruimtevaartuigen met 10 tot 100 keer te verbeteren ten opzichte van conventionele middelen, allemaal zonder de missielast in massa te vergroten, volume, vermogen en/of spectrum.

Het benutten van de voordelen van lasercommunicatie zal naar verwachting een revolutie teweegbrengen in toekomstige ruimtevaartinspanningen - een belangrijke doelstelling van NASA's Space Technology Mission Directorate (STMD).

Het DSOC-project ontwikkelt sleuteltechnologieën die worden geïntegreerd in een diepe ruimtewaardige Flight Laser Transceiver (FLT), high-tech werk dat deze manier van communiceren naar Technology Readiness Level (TRL) 6 zal brengen. Het bereiken van een TRL 6-niveau komt neer op het hebben van technologie die een volledig functioneel prototype of representatief model is.

Als een "spelveranderende" technologiedemonstratie, DSOC is precies dat. NASA STMD's Game Changing Development Program financierde de technologische ontwikkelingsfase van DSOC. De vliegdemonstratie wordt mede gefinancierd door STMD, het Technology Demonstration Mission (TDM)-programma en NASA/HEOMD/Space Communication and Navigation (SCaN).

Het werk aan het laserpakket is gebaseerd op NASA's Jet Propulsion Laboratory in Pasadena, Californië.

"Het gaat redelijk en we hebben een aanzienlijke hoeveelheid testactiviteiten, " zegt Abhijit Biswas, DSOC Project Technologist in Flight Communications Systems bij JPL. De levering van DSOC voor integratie binnen de Psyche-missie wordt verwacht in 2021, met de lancering van het ruimtevaartuig in de zomer van 2022, hij legt uit.

"Denk aan de DSOC-vluchtlaserontvanger aan boord van Psyche als een telescoop, "Biswas legt uit, in staat om laserlicht te ontvangen en te verzenden in nauwkeurig getimede fotonenbursts.

De DSOC-architectuur is gebaseerd op het uitzenden van een laserbaken vanaf de aarde om de stabilisatie van de zichtlijn te ondersteunen om het naar achteren wijzen van een downlink-laserstraal mogelijk te maken. De laser aan boord van het Psyche-ruimtevaartuig, Biswas zegt, is gebaseerd op een master-oscillator eindversterker die gebruik maakt van optische vezels.

Het laserbaken naar DSOC wordt verzonden vanuit JPL's Tafelbergfaciliteit in de buurt van de stad Wrightwood, Californië, in het Angeles National Forest. Het uitstralen van gegevens door DSOC vanuit de ruimte zal worden ontvangen door een grondtelescoop met grote opening in het Palomar Mountain Observatory in Californië, nabij San Diego.

Biswas verwacht dat DSOC misschien 60 dagen na de lancering operationeel is, gegeven check-out van het Psyche-ruimtevaartuig na de lancering. De testruns van de laserapparatuur zullen plaatsvinden over afstanden van 0,1 tot 2,5 astronomische eenheden (AU) op de uitgaande sonde. Eén AU is ongeveer 150 miljoen kilometer - of de afstand tussen de aarde en de zon.

"Ik ben erg opgewonden om op de missie te zijn, " zegt Biswas, die sinds het einde van de jaren negentig aan de lasercommunicatietechnologie heeft gewerkt. "Het is een uniek voorrecht om aan DSOC te werken."

De Psyche-missie werd begin 2017 geselecteerd voor vlucht in het kader van NASA's Discovery Program, een reeks goedkopere, zeer gerichte robotachtige ruimtemissies die het zonnestelsel verkennen.

Het ruimtevaartuig wordt in de zomer van 2022 gelanceerd tot 16 Psyche, een kenmerkende metalen asteroïde die ongeveer drie keer verder van de zon verwijderd is dan de aarde. De geplande aankomst van de sonde bij de asteroïde in de hoofdgordel zal plaatsvinden in 2026.

Lindy Elkins-Tanton is directeur van de School of Earth and Space Exploration aan de Arizona State University in Tempe. Zij is de hoofdonderzoeker van de Psyche-missie.

"Ik ben heel blij dat Psyche het Deep Space Optical Communications-pakket mag vliegen, " Zegt Elkins-Tanton. "Allereerst, de technologie is verbluffend en brengt al mijn innerlijke nerd naar voren. Wie wil er niet communiceren met lasers, en vermenigvuldig de hoeveelheid gegevens die we heen en weer kunnen sturen?"

Elkins-Tanton voegt eraan toe dat het dichter bij elkaar brengen van robot- en menselijke ruimtevluchten van cruciaal belang is voor de toekomst van de mensheid in de ruimte. "Het hebben van onze robotmissie-testtechnologie waarvan we hopen dat deze ons uiteindelijk zal helpen communiceren met mensen in de verre ruimte, is een uitstekende integratie van NASA-missies en al onze doelen, " ze zegt.

Bij het ontwerpen van een eenvoudige, ruimtevaartuig met een hoog erfgoed om de opwindende verkenning van de metaalwereld Psyche te doen, "Ik vind zowel de elektrische aandrijving op zonne-energie als de Deep Space Optical Communications extreem futuristisch. Ik ben trots op NASA en op onze technische gemeenschap die dit mogelijk hebben gemaakt, ’, besluit Elkins-Tanton.

Biswas legt uit dat DSOC een pathfinder-experiment is. De toekomst is inderdaad rooskleurig voor de technologie, hij stelt voor, zoals het opzetten van een capabele telecommunicatie-infrastructuur rond Mars.

"Als je dat doet, kunnen astronauten worden ondersteund die naar Mars gaan en uiteindelijk landen, " zei Biswas. "Lasercommunicatie zal dat vermogen enorm vergroten. De mogelijkheid om veel informatie van Mars naar de aarde terug te sturen, inclusief het streamen van high-definition beelden, zal zeer bevorderlijk zijn."