Wetenschap
NASA's Deep Space Optical Communications-demonstratie verzendt gegevens over een afstand van 230 miljoen kilometer
Deze prestatie biedt een kijkje in de manier waarop ruimtevaartuigen in de toekomst optische communicatie kunnen gebruiken, waardoor communicatie met hogere datasnelheden van complexe wetenschappelijke informatie mogelijk wordt, evenals high-definition beelden en video ter ondersteuning van de volgende grote stap van de mensheid:mensen naar Mars sturen.
"We hebben ongeveer 10 minuten aan dubbele gegevens van ruimtevaartuigen gedownlinkt tijdens een passage op 8 april", zegt Meera Srinivasan, operationeel leider van het project bij NASA's Jet Propulsion Laboratory in Zuid-Californië. "Tot dan toe stuurden we test- en diagnostische gegevens via onze downlinks vanuit Psyche. Dit vertegenwoordigt een belangrijke mijlpaal voor het project door te laten zien hoe optische communicatie kan communiceren met het radiofrequentiecommunicatiesysteem van een ruimtevaartuig."
De lasercommunicatietechnologie in deze demo is ontworpen om gegevens vanuit de ruimte 10 tot 100 keer sneller te verzenden dan de ultramoderne radiofrequentiesystemen die tegenwoordig bij ruimtemissies worden gebruikt.
Na de lancering op 13 oktober 2023 blijft het ruimtevaartuig gezond en stabiel terwijl het naar de belangrijkste asteroïdengordel tussen Mars en Jupiter reist om de asteroïde Psyche te bezoeken.
De verwachtingen overtreffen
NASA's demonstratie van optische communicatie heeft aangetoond dat het testgegevens kan verzenden met een maximale snelheid van 267 megabits per seconde (Mbps) vanaf de nabij-infrarood downlinklaser van de vluchtlasertransceiver - een bitsnelheid die vergelijkbaar is met de downloadsnelheden van breedbandinternet.
Dat werd bereikt op 11 december 2023, toen het experiment een 15 seconden durende ultra-high-definition video naar de aarde stuurde vanaf een afstand van 19 miljoen mijl (31 miljoen kilometer, of ongeveer 80 keer de afstand aarde-maan). De video was, samen met andere testgegevens, waaronder digitale versies van het door Psyche geïnspireerde kunstwerk van de Arizona State University, op de vluchtlasertransceiver geladen voordat Psyche vorig jaar werd gelanceerd.
Nu het ruimtevaartuig ruim zeven keer verder weg is, wordt de snelheid waarmee het gegevens kan verzenden en ontvangen, zoals verwacht, verlaagd. Tijdens de test van 8 april verzond het ruimtevaartuig testgegevens met een maximale snelheid van 25 Mbps, wat ruimschoots het doel van het project overtreft om te bewijzen dat op die afstand minstens 1 Mbps mogelijk was.
Het projectteam gaf de transceiver ook de opdracht om door Psyche gegenereerde gegevens optisch te verzenden. Terwijl Psyche gegevens via zijn radiofrequentiekanaal naar het Deep Space Network (DSN) van NASA verzond, zond het optische communicatiesysteem tegelijkertijd een deel van dezelfde gegevens naar de Hale Telescoop van Caltech's Palomar Observatory in San Diego County, Californië – de belangrijkste van de technische demo. downlink-grondstation.
"Nadat we de gegevens van de DSN en Palomar hadden ontvangen, hebben we de optisch gedownlinkte gegevens bij JPL geverifieerd", zegt Ken Andrews, hoofd projectvluchtoperaties bij JPL. "Het was een kleine hoeveelheid gegevens die in een kort tijdsbestek werd gedownlinkt, maar het feit dat we dit nu doen heeft al onze verwachtingen overtroffen."
Plezier met lasers
Nadat Psyche was gelanceerd, werd de demo voor optische communicatie aanvankelijk gebruikt om vooraf geladen gegevens te downlinken, waaronder de Taters the cat-video. Sindsdien heeft het project bewezen dat de transceiver gegevens kan ontvangen van de krachtige uplinklaser in de Table Mountain-faciliteit van JPL, nabij Wrightwood, Californië. Gegevens kunnen zelfs naar de zendontvanger worden gestuurd en vervolgens dezelfde nacht weer naar de aarde worden teruggekoppeld, zoals het project heeft bewezen in een recent 'turnaround-experiment'.
Bij dit experiment werden testgegevens (en digitale foto's van huisdieren) doorgegeven aan Psyche en weer terug, een heen- en terugreis van wel 450 miljoen kilometer. Het heeft ook grote hoeveelheden van de eigen technische gegevens van de technische demo gedownlinkt om de kenmerken van de optische communicatieverbinding te bestuderen.
"We hebben veel geleerd over hoe ver we het systeem kunnen pushen als het helder weer is, hoewel stormen de activiteiten op zowel de Tafelberg als Palomar af en toe hebben onderbroken", zegt Ryan Rogalin, hoofd van de ontvangerelektronica van het project bij JPL. (Terwijl radiofrequentiecommunicatie onder de meeste weersomstandigheden kan werken, vereist optische communicatie een relatief heldere hemel om gegevens met hoge bandbreedte te verzenden.)
JPL leidde onlangs een experiment om Palomar, de experimentele radiofrequentie-optische antenne in het Goldstone Deep Space Communications Complex van de DSN in Barstow, Californië, te combineren met een detector op de Tafelberg om hetzelfde signaal gelijktijdig te ontvangen. Door meerdere grondstations te ‘arrayen’ om één grote ontvanger na te bootsen, kan het signaal in de diepe ruimte worden versterkt. Deze strategie kan ook nuttig zijn als een grondstation vanwege weersomstandigheden offline wordt gezet; andere stations kunnen het signaal nog steeds ontvangen.