O experimento DSOC da NASA, a bordo da espaçonave Psyche, demonstrou com sucesso a comunicação óptica de longa distância usando um laser infravermelho a mais de 16 milhões de quilômetros de distância. Administrado pelo Laboratório de Propulsão a Jato da NASA, o marco marca um avanço significativo na tecnologia de comunicações espaciais que promete taxas de transferência de dados mais altas para futuras missões no espaço profundo. Crédito: NASA/JPL-Caltech
DSOC, um experimento que mudará a forma como as espaçonaves se comunicam, alcançou a “primeira luz” pela primeira vez, enviando dados da Lua e de outros lugares por laser.
O experimento Deep Space Optical Communications (DSOC) da NASA emitiu um laser infravermelho de quase 10 milhões de milhas (16 milhões de quilômetros) – cerca de 40 vezes a distância da Terra à Lua – com dados experimentais do Telescópio Hale em Palomar da Caltech. Observatório no condado de San Diego, Califórnia. É a demonstração mais remota de comunicação óptica.
A bordo da nave espacial Psych, recentemente lançada, o DSOC deverá transmitir dados de testes de alta frequência para a Terra durante a sua demonstração tecnológica de dois anos. terça-feira E Quinta-feira. NASALaboratório de Propulsão a Jato (JPL_ Administra DSOC e Psyche no sul da Califórnia.
A espaçonave Psyche da NASA é mostrada em uma sala limpa no Astrotech Space Operations Facility, perto do Centro Espacial Kennedy da agência, na Flórida, em 8 de dezembro de 2022. O transceptor laser de vôo revestido de ouro do DSOC pode ser visto acoplado à espaçonave. Crédito: NASA/Ben Smegelsky
A Tech Demo alcançou a “primeira luz” nas primeiras horas da manhã de 14 de novembro, após seu transceptor laser de vôo – um instrumento sofisticado no Psyche (veja a imagem abaixo) capaz de transmitir e receber sinais infravermelhos próximos – travado em um poderoso farol laser de uplink. Ele foi enviado do Laboratório de Telescópios de Comunicações Ópticas nas instalações do JPL em Table Mountain, perto de Wrightwood, Califórnia. O farol de uplink permitiu que o transceptor apontasse seu laser de downlink de volta para Palomar (100 milhas, ou 130 quilômetros, ao sul da Table Mountain).
O transceptor de laser de demonstração de tecnologia de comunicações ópticas do espaço profundo (DSOC) foi mostrado em abril de 2021 no Laboratório de Propulsão a Jato da NASA no sul da Califórnia, antes de ser instalado dentro de seu gabinete em forma de caixa e então integrado à espaçonave Psyche da NASA. O transceptor consiste em um transmissor de laser infravermelho próximo para transmitir dados de alta taxa para a Terra e uma câmera sensível de contagem de fótons para receber dados de baixa taxa transmitidos do solo. O transceptor é montado em um conjunto de suportes e atuadores – mostrados nesta foto – que estabiliza a óptica das vibrações da espaçonave. Crédito: NASA/JPL-Caltech
“Alcançar a primeira luz nos próximos meses é um dos vários marcos importantes do DSOC nos próximos meses, em apoio ao próximo salto gigante da humanidade em direção a comunicações de alta taxa de dados, capazes de transmitir informações científicas, imagens de alta definição e streaming de vídeo: Enviando humanos para Martedisse Trudy Cortes, diretora de explicações técnicas na sede da NASA em Washington.
Os dados de teste também foram transmitidos simultaneamente pelos lasers uplink e downlink, conhecido como “fechamento do link”, que era o objetivo principal do teste. Embora a demonstração tecnológica não transmita dados da missão Psyche, o DSOC trabalha em estreita colaboração com a equipa de apoio à missão Psyche para garantir que as operações não interfiram nas operações da nave espacial.
Saiba mais sobre como o DSOC será usado para testar pela primeira vez a transmissão de dados em alta largura de banda além da Lua – e como isso transformará a exploração do espaço profundo. Crédito: NASA/JPL-Caltech/ASU
“As equipes de DSOC e de Operações Psicológicas precisam trabalhar juntas”, disse Meera Srinivasan, chefe de operações de DSOC da JBL. Capaz de enviar, receber e decodificar dados.
Antes dessa façanha, o projeto exigia caixas de verificação em vários marcos, desde a remoção da tampa protetora do transceptor laser em voo até a operação do instrumento. Entretanto, a sonda Psyche está a realizar as suas próprias experiências, incluindo a atualização dos seus sistemas de propulsão e o teste de instrumentos que serão usados para estudar o asteroide Psyche quando chegar lá em 2028.
A Equipe de Operações do Transceptor Laser de Voo para demonstração técnica de Comunicações Ópticas do Espaço Profundo (DSOC) da NASA estava trabalhando na Área de Apoio à Missão Psicológica no JPL nas primeiras horas da manhã de 14 de novembro, quando o programa alcançou a “primeira luz”. Crédito: NASA/JPL-Caltech
Primeira luz e primeiros bits
Com o primeiro feixe bem-sucedido, a equipe do DSOC trabalhará agora no refinamento dos sistemas que controlam o direcionamento do laser de downlink para o transceptor. Uma vez alcançado, o programa pode iniciar a sua missão de manter a transmissão de dados em alta largura de banda do transceptor para Palomar a várias distâncias da Terra. Esses dados assumem a forma de bits (as menores unidades de dados que um computador pode processar) codificados nos fótons do laser – partículas quânticas de luz. Depois que um conjunto especial de detectores supercondutores de alto desempenho (veja a imagem abaixo) detecta os fótons, novas técnicas de processamento de sinal são usadas para extrair dados dos fótons únicos que chegam ao telescópio Hale.
Aqui é mostrada uma réplica do Deep Space Optical Communications, ou DSOC, detector supercondutor de fóton único de nanofio conectado ao Telescópio Hale de 200 polegadas (5,1 metros) localizado no Laboratório Palomar da Caltech no condado de San Diego, Califórnia. Construído pelo Laboratório de Micro Dispositivos do Laboratório de Propulsão a Jato da NASA no sul da Califórnia, o detector foi projetado para receber sinais de laser infravermelho do transceptor de vôo DSOC viajando com a missão Psych da NASA no espaço profundo como parte de um resumo técnico. Crédito: NASA/JPL-Caltech
O experimento DSOC visa demonstrar taxas de transferência de dados 10 a 100 vezes maiores do que os sistemas de radiofrequência mais sofisticados usados pelas espaçonaves atualmente. As comunicações por rádio e laser infravermelho próximo usam ondas eletromagnéticas para transmitir dados, mas a luz infravermelha próxima comprime os dados em ondas significativamente mais estreitas, permitindo que as estações terrestres recebam mais dados. Permitirá futuras missões de exploração humana e robótica e apoiará instrumentos científicos de alta resolução.
“A comunicação óptica é uma bênção para cientistas e pesquisadores e permitirá a exploração do espaço profundo por seres humanos”, disse o Dr. Jason Mitchell, diretor da Divisão de Comunicações Avançadas e Tecnologia de Navegação da NASA em Comunicações Espaciais e Navegação. (SCaN). “Mais dados significam mais inovação.”
Embora a comunicação óptica tenha sido demonstrada na órbita baixa da Terra e fora da Lua, o DSOC é o primeiro experimento no espaço profundo. Mirar um feixe de laser ao longo de milhões de quilômetros requer um “ponteiro” muito preciso, assim como usar um ponteiro laser para rastrear uma moeda em movimento a um quilômetro de distância.
Operadores de transmissores de laser terrestres DSOC posam para uma foto no Observatório do Telescópio de Comunicações Ópticas nas instalações de Table Mountain do JPL, perto de Wrightwood, Califórnia, logo após alcançar a “primeira luz” em 14 de novembro. Crédito: NASA/JPL-Caltech
A demonstração também deve compensar o tempo que a luz leva para percorrer a vasta distância da espaçonave até a Terra: à distância de Psyche ao nosso planeta, os feixes infravermelhos do DSOC levam cerca de 20 minutos para viajar de volta (levaram cerca de 50 minutos. segundos para viajar). de Psique à Terra durante o experimento de 14 de novembro). Durante esse tempo, tanto a nave espacial como o planeta terão-se movido, pelo que os lasers de ligação ascendente e descendente devem ajustar-se à mudança de localização.
“Alcançar a primeira luz é uma grande conquista. “Os sistemas terrestres detectaram com sucesso fótons laser do espaço profundo do transceptor de voo do DSOC em Psyche”, disse Abhi Biswas, tecnólogo de projeto do DSOC na JBL. “E conseguimos enviar alguns dados, ou seja, trocar ‘pedaços de luz’ do espaço profundo e para o espaço profundo.”
Mais sobre a missão
DSOC é a mais recente missão de comunicações ópticas financiada pela Diretoria de Tecnologia Espacial da NASA e pelo programa de Comunicações e Navegação Espacial (SCaN) dentro da Diretoria de Missões de Operações Espaciais da agência.
O trabalho psicológico é liderado pela Arizona State University. O JPL é responsável pelo gerenciamento geral da missão, engenharia de sistemas, integração e testes e operações da missão. Psyche é a 14ª missão selecionada como parte do Programa de Descoberta da NASA sob a Diretoria de Operações Científicas, gerenciada pelo Marshall Space Flight Center da agência em Huntsville, Alabama. O Programa de Serviços de Lançamento da NASA no Centro Espacial Kennedy da agência administrou o serviço de lançamento. A Maxar Technologies de Palo Alto, Califórnia, forneceu o chassi da espaçonave de propulsão elétrica solar de alta potência.
