NASA gebruikt lasers om informatie van en naar de aarde te verzenden, gebruikt onzichtbare stralen om de lucht te doorkruisen, en verzendt terabytes aan gegevens - foto's en video's - om onze kennis van het universum te vergroten. Dit vermogen staat bekend als laser of optische communicatie, hoewel deze oogveilige, infraroodstralen niet door menselijke ogen kunnen worden gezien.

"We zijn enthousiast over de belofte die lasercommunicatie de komende jaren zal bieden", zegt Badri Younes, plaatsvervangend associate administrator en programmamanager voor Space Communications and Navigation (SCaN) op het NASA-hoofdkwartier in Washington. "Deze missies en demonstraties luiden NASA's nieuwe Decade of Light in, waarin NASA zal samenwerken met andere overheidsinstanties en de commerciële sector om toekomstige communicatiemogelijkheden voor verkenning van de ruimte drastisch uit te breiden en levendige en robuuste economische kansen mogelijk te maken."

Lasercommunicatiesystemen bieden missies hogere datasnelheden, wat betekent dat ze meer informatie in één enkele transmissie kunnen verzenden en ontvangen in vergelijking met traditionele radiogolven. Bovendien zijn de systemen lichter, flexibeler en veiliger. Lasercommunicatie kan een aanvulling zijn op radiofrequentiecommunicatie, die tegenwoordig door de meeste NASA-missies wordt gebruikt.

Demonstratie van lasercommunicatierelais (LCRD)

Op 7 december 2021 werd de Laser Communications Relay Demonstration (LCRD) gelanceerd in een baan om de aarde, ongeveer 22.000 mijl van de aarde om de mogelijkheden van lasercommunicatie te testen. LCRD is de eerste technologiedemonstratie van het bureau van een tweerichtingslaserrelaissysteem. Nu de LCRD in een baan om de aarde is, gaan NASA's vooruitgang op het gebied van lasercommunicatie door.

LCRD experimenteerprogramma

In mei 2022 verklaarde NASA dat LCRD klaar is om experimenten uit te voeren. Deze experimenten testen en verfijnen lasersystemen - het algemene doel van de missie. Experimenten van NASA, andere overheidsinstanties, de academische wereld en de industrie meten de langetermijneffecten van de atmosfeer op lasercommunicatiesignalen; het beoordelen van de toepasbaarheid van de technologie voor toekomstige missies; en testen van de mogelijkheden van laserrelais in de baan.

"We zullen vrijwel onmiddellijk beginnen met het ontvangen van enkele experimentresultaten, terwijl andere van lange duur zijn en tijd nodig hebben voordat trends naar voren komen tijdens de tweejarige experimentperiode van LCRD", zegt Rick Butler, projectleider voor het LCRD-experimentenprogramma bij Goddard Space Flight van NASA. Centrum in Greenbelt, Maryland. "LCRD zal de vragen van de lucht- en ruimtevaartindustrie beantwoorden over lasercommunicatie als een operationele optie voor toepassingen met hoge bandbreedte."

"Het programma is nog steeds op zoek naar nieuwe experimenten en iedereen die geïnteresseerd is, moet contact opnemen", zei Butler. "We maken gebruik van de lasercommunicatiegemeenschap en deze experimenten zullen laten zien hoe optisch zal werken voor internationale organisaties, de industrie en de academische wereld."

NASA blijft voorstellen voor nieuwe experimenten accepteren om optische technologieën te verfijnen, kennis te vergroten en toekomstige toepassingen te identificeren.

LCRD zal zelfs kort na de lancering door het publiek ingediende gegevens doorgeven in de vorm van nieuwjaarsresoluties die worden gedeeld met NASA-accounts voor sociale media. Deze resoluties zullen worden verzonden vanaf een grondstation in Californië en via LCRD worden doorgegeven aan een ander grondstation in Hawaï als weer een demonstratie van de mogelijkheden van LCRD.

TeraByte InfraRed Delivery (TBIRD)

Onlangs na LCRD werd de TeraByte InfraRed Delivery (TBIRD) payload gelanceerd op 25 mei 2022, als onderdeel van de Pathfinder Technology Demonstrator 3 (PTD-3) missie, vanaf Cape Canaveral Space Force Station op SpaceX's Transporter-5 rideshare-missie. TBIRD zal 200 gigabit-per-seconde data-downlinks presenteren - de hoogste optische snelheid die ooit door NASA is bereikt.

TBIRD zet NASA's optische communicatie-infusie voort door de voordelen aan te tonen die lasercommunicatie zou kunnen hebben voor bijna-aardse wetenschappelijke missies die belangrijke gegevens en grote gedetailleerde afbeeldingen vastleggen. TBIRD stuurt terabytes aan gegevens in één keer terug, wat de voordelen van hogere bandbreedte aantoont en NASA meer inzicht geeft in de mogelijkheden van lasercommunicatie op kleine satellieten. TBIRD is zo groot als een tissuedoos!

"In het verleden hebben we onze instrumenten en ruimtevaartuigen ontworpen rond de beperking van de hoeveelheid gegevens die we vanuit de ruimte naar de aarde kunnen krijgen", zegt TBIRD-projectmanager Beth Keer. "Met optische communicatie blazen we dat uit het water voor zover de hoeveelheid gegevens die we terug kunnen brengen. Het is echt een baanbrekende mogelijkheid."

Geïntegreerde LCRD Low-Earth Orbit gebruikersmodem en versterkerterminal (ILLUMA-T)

De geïntegreerde LCRD Low-Earth Orbit User Modem and Amplifier Terminal (ILLUMA-T), die begin 2023 wordt gelanceerd in de Dragon-stam van de 27e commerciële bevoorradingsmissie van SpaceX naar het internationale ruimtestation, zal lasercommunicatie naar het in een baan om de aarde draaiende laboratorium brengen en astronauten sterker maken. en daar werken met verbeterde gegevensmogelijkheden.

ILLUMA-T verzamelt informatie van experimenten aan boord van het station en stuurt de gegevens naar het LCRD met 1,2 gigabit per seconde. In dit tempo kan een speelfilm in minder dan een minuut worden gedownload. LCRD geeft deze informatie vervolgens door aan grondstations in Hawaï of Californië.

"ILLUMA-T en LCRD zullen samenwerken om het eerste lasersysteem te worden dat een lage baan om de aarde naar een geosynchrone baan om communicatieverbindingen te demonstreren", zegt Chetan Sayal, projectmanager voor ILLUMA-T bij NASA Goddard.

Orion Artemis II optisch communicatiesysteem (O2O)

Het Orion Artemis II Optical Communications System (O2O) zal tijdens de Artemis II-missie lasercommunicatie naar de maan brengen aan boord van NASA's Orion-ruimtevaartuig. O2O zal in staat zijn om beelden en video met hoge resolutie te verzenden wanneer astronauten voor het eerst in meer dan 50 jaar terugkeren naar het maangebied. Artemis II zal de eerste bemande maanvlucht zijn die lasercommunicatietechnologieën demonstreert, waarbij gegevens naar de aarde worden verzonden met een downlinksnelheid van maximaal 260 megabits per seconde.

"Door nieuwe lasercommunicatietechnologieën toe te voegen aan de Artemis-missies, geven we onze astronauten meer toegang tot gegevens dan ooit tevoren", zegt O2O-projectmanager Steve Horowitz. "Hoe hoger de datasnelheden, hoe meer informatie onze instrumenten naar de aarde kunnen sturen en hoe meer wetenschap onze maanverkenners kunnen uitvoeren."

NASA's lasercommunicatie-inspanningen strekken zich ook uit tot in de verre ruimte. Momenteel werkt NASA aan een toekomstige terminal die lasercommunicatie kan testen tegen extreme afstanden en uitdagende aanwijsbeperkingen.

Of het nu gaat om lasercommunicatie naar bijna-aardse missies, de maan of de verre ruimte, de infusie van optische systemen zal een integraal onderdeel zijn van toekomstige NASA-missies. De hogere datasnelheden van lasercommunicatie zullen verkennings- en wetenschappelijke missies mogelijk maken om meer data terug naar de aarde te sturen en meer over het universum te ontdekken. NASA zal informatie uit afbeeldingen, video en experimenten kunnen gebruiken om niet alleen de nabije aarde te verkennen, maar ook om zich voor te bereiden op toekomstige missies naar Mars en daarbuiten. + Verder verkennen

NASA's volgende demo lasercommunicatie geïnstalleerd, geïntegreerd