Експеримент DSOC (Deep Space Optical Communications), який планується запустити 12 жовтня разом із місією Psyche, продемонструє технології, що дозволяють NASA передавати дані з глибокого космосу з вищою швидкістю.
Новаторський експеримент NASA щодо оптичного зв'язку в глибокому космосі (DSOC) стане першою демонстрацією лазерного або оптичного зв'язку. Полетівши разом з місією NASA Psyche до багатого металами астероїда з однойменною назвою у четвер, 12 жовтня, за допомогою DSOC протестують ключові технології, призначені для того, щоб майбутні місії могли передавати більш щільні наукові дані та навіть транслювати відео з Марса.
Ось п'ять речей, які слід знати про цю демонстрацію передових технологій:
1. DSOC – це перший експеримент NASA, який допоможе перевірити, як лазери можуть покращити передачу даних із глибокого космосу.
Досі NASA використовувало лише радіо для зв'язку з місіями, що вирушають за межі Місяця. Подібно до того, як волоконна оптика замінює старі телефонні лінії на Землі в міру зростання попиту на дані, перехід від радіозв'язку до оптичного зв'язку дозволить збільшити швидкість передачі даних по всій Сонячній системі, що в 10–100 разів перевищує пропускну спроможність сучасних систем, що існують в даний час та використовуються на космічних кораблях. Оптичний зв'язок покращить можливості майбутніх дослідних місій за участю людини та роботів, а також забезпечить підтримку наукових інструментів з більш високим дозволом.
2. У технологічній демонстрації задіяно обладнання як у космосі, так і на землі.
Літний лазерний приймач DSOC - це експеримент, прикріплений до космічного корабля NASA "Психея", але "Психея" покладається на традиційний радіозв'язок для операцій місії. Лазерний приймач включає як лазерний передавач ближнього інфрачервоного діапазону для високошвидкісної передачі даних на Землю, так і чутливу камеру для підрахунку фотонів для прийому лазерного променя, посланого з Землі. Але трансівер це лише частина демонстрації технології.
На Землі немає спеціальної інфраструктури для оптичного зв'язку в далекому космосі, тому для цілей DSOC два наземні телескопи були оновлені для зв'язку з польотним лазерним приймачем. Операційну групу буде розміщено в Лабораторії реактивного руху (JPL) NASA в Південній Каліфорнії, а потужний лазерний передавач ближнього інфрачервоного діапазону був інтегрований з Лабораторією телескопів оптичного зв'язку на об'єкті JPL у Столовій горі неподалік Райтвуда, Каліфорнія. Передавач буде доставляти модульований лазерний сигнал на польотний приймач DSOC і служити маяком або орієнтиром, так що повернуто лазерний промінь можна буде точно направити назад на Землю.
Дані, відправлені з бортового приймача, збиратимуться 200-дюймовим (5,1-метровим) телескопом Хейла в Паломарській обсерваторії Каліфорнійського технологічного інституту в окрузі Сан-Дієго, Каліфорнія, який оснащений спеціальною надпровідною високоефективною детекторною матрицею.
3. DSOC матиме унікальні проблеми.
DSOC протягом перших двох років шестирічної подорожі Психеї до пояса астероїдів покликаний продемонструвати високошвидкісну передачу даних на відстані до 390 мільйонів кілометрів, що більш ніж удвічі перевищує відстань між Сонцем та Землею.
Чим далі зонд Psyche віддаляється від нашої планети, тим слабшим стає сигнал лазерних фотонів, що ускладнює декодування даних. Додатковою проблемою є те, що фотонам потрібно більше часу, щоб досягти місця призначення, що призведе до затримки понад 20 хвилин на найдальшій відстані технічної демонстрації. Оскільки положення Землі та космічного корабля постійно змінюватимуться у міру руху фотонів, наземні та польотні системи DSOC повинні компенсувати це, вказуючи, де будуть знаходитися наземний приймач (у Паломарі) та польотний приймач (на Психеї), коли фотони прибудуть.
4. Передові технології будуть працювати разом, щоб забезпечити попадання лазерів у ціль та отримання широкосмугових даних із глибокого космосу.
Літний лазерний приймач та наземний лазерний передавач повинні будуть наводитися з великою точністю. Досягнення своїх цілей буде схоже на потрапляння в десятицентову монету з відстані в милю, поки десятицентова монета рухається. Тому приймач необхідно ізолювати від вібрацій космічного корабля, які в іншому випадку могли б відхилити лазерний промінь від мети. Спочатку «Психея» направить політний приймач у напрямку Землі, тоді як автономні системи на польотному приймальнику за допомогою лазерного маяка висхідної лінії зв'язку. Столової гори контролюватимуть наведення лазерного сигналу низхідної лінії зв'язку на Паломарську обсерваторію.
У телескоп Хейла інтегрований надпровідний приймач, що криогенно охолоджується, для рахунку фотонів на основі нанопроводів, розроблений Лабораторією реактивного руху. Прилад оснащений високошвидкісною електронікою для реєстрації часу прибуття одиночних фотонів, що дозволяє декодувати сигнал. Команда DSOC навіть розробила нові методи обробки сигналів, які дають змогу вичавлювати інформацію зі слабких лазерних сигналів, які будуть передаватися на відстань від десятків до сотень мільйонів миль.
5. Це останній проект NASA у сфері оптичного зв'язку.
У 2013 році в ході демонстрації місячного лазерного зв'язку NASA були протестовані рекордні швидкості передачі даних по висхідній та низхідній лінії зв'язку між Землею та Місяцем. У 2021 році NASA запустило демонстрацію реле лазерного зв'язку для перевірки можливостей широкосмугової ретрансляції оптичного зв'язку з геостаціонарної орбіти, щоб космічним кораблям не потрібна була пряма видимість із Землею для зв'язку. А торік система TeraByte InfraRed Delivery NASA показала найвищу в історії швидкість передачі даних із супутника на низькій навколоземній орбіті на наземний приймач.
DSOC виводить оптичний зв'язок у глибокий космос, прокладаючи шлях до широкосмугового зв'язку за межами Місяця та у 1000 разів далі, ніж будь-які випробування оптичного зв'язку на сьогоднішній день. Якщо це вдасться, технологія може започаткувати високошвидкісну передачу даних з потоковою передачею зображень високої чіткості, що допоможе підтримати наступний гігантський стрибок людства: коли NASA відправить астронавтів на Марс.
