NASA’nın Kaliforniya’daki Goldstone kompleksinde bulunan – ajansın Deep Space Network’ün bir parçası olan – Deep Space Station 13, optik bir terminalle donatılan deneysel bir antendir. İlk olarak, bu kavram kanıtı, derin uzaydan hem radyo frekansını hem de lazer sinyallerini aynı anda aldı. Kredi bilgileri: NASA/JPL-Caltech
NASADSN’ye hibrit bir antenin dahil edilmesi, uzay iletişiminde önemli bir ilerlemeye işaret ediyor, daha hızlı veri iletimi sağlıyor ve gelecekteki keşif taleplerini destekliyor.
Hem radyo frekansını hem de optik sinyalleri alabilen DSN’nin hibrit anteni, NASA’nın Psyche misyonundaki DSOC’den gelen uydu-yer bağı lazerini izledi ve kodunu çözdü.
Deneysel bir anten, derin uzayda yolculuk yapan NASA’nın Psyche uzay aracından hem radyo frekansı hem de yakın kızılötesi lazer sinyallerini aldı. Bu, NASA’nın Derin Uzay Ağı’nın dev çanak antenlerinin mümkün olduğunu gösteriyor (DSN), uzay aracıyla radyo dalgaları aracılığıyla iletişim kuran, optik veya lazer iletişim için yeniden donatılacak.
Optik iletişim, iletimlere daha fazla veri paketleyerek yeni uzay araştırma yeteneklerini mümkün kılacak ve ağdaki talep doğrultusunda DSN’yi destekleyecektir. büyür.
Derin Uzay İstasyonu 13’teki optik terminalin yakından görünümü, DSOC’nin uydu-yer hattı lazerinden sinyalleri toplayan yedi altıgen aynayı göstermektedir. Aynalar, ışığı doğrudan yukarıdaki kameraya yansıtıyor ve sinyal daha sonra bir optik fiber sistemi aracılığıyla bir dedektöre gönderiliyor. Kredi bilgileri: NASA/JPL-Caltech
Derin Uzay İletişimindeki Geliştirmeler
Deep Space Station 13 olarak adlandırılan 34 metrelik (112 ft) radyo frekansı-optik-hibrit anten, Kasım 2023’ten bu yana NASA’nın Deep Space Optical Communications (DSOC) teknolojisi gösterimindeki uydu-yer bağı lazerini takip ediyor. Teknoloji demosunun uçuş lazer alıcı-vericisi (aşağıdaki resme bakın) ajansın 13 Ekim 2023’te fırlatılan Psyche uzay aracıyla birlikte gidiyor.
Hibrit anten, Barstow, California yakınlarındaki DSN’nin Goldstone Derin Uzay İletişim Kompleksi’nde bulunuyor ve DSOC deneyinin bir parçası değil. DSN, DSOC ve Psyche, NASA’nın Güney Kaliforniya’daki Jet Propulsion Laboratuvarı tarafından yönetilmektedir.
Derin Uzay Optik İletişimi (DSOC) teknolojisi gösteriminin uçuş lazer alıcı-vericisi, daha sonra NASA’nın Psyche uzay aracıyla entegre edilecek kutu benzeri muhafazanın içine yerleştirilmeden önce, Nisan 2021’de NASA’nın Güney Kaliforniya’daki Jet Propulsion Laboratuvarı’nda gösterildi. Alıcı-verici, Dünya’ya yüksek hızlı veri göndermek için yakın kızılötesi bir lazer vericiden ve yerden iletilen düşük hızlı verileri almak için hassas bir foton sayma kamerasından oluşur. Alıcı-verici, optikleri uzay aracı titreşimlerine karşı stabilize eden, bu fotoğrafta gösterilen bir destek ve aktüatör grubu üzerine monte edilmiştir. Kredi bilgileri: NASA/JPL-Caltech
DSN müdür yardımcısı Amy Smith, “Hibrit antenimiz, teknoloji demosunun başlatılmasından kısa bir süre sonra başarılı ve güvenilir bir şekilde DSOC aşağı bağlantısını kilitleyebildi ve takip edebildi” dedi. JPL. “Ayrıca Psyche’nin radyo frekansı sinyalini de aldı, böylece ilk kez senkron radyo ve optik frekanslı derin uzay iletişimini gösterdik.”
2023’ün sonlarında, hibrit anten, 20 milyon mil (32 milyon kilometre) uzaklıktaki verileri saniyede 15,63 megabit hızla indirdi; bu, bu mesafedeki radyo frekansı iletişiminden yaklaşık 40 kat daha hızlıydı. 1 Ocak 2024’te anten, Psyche’ın lansmanından önce DSOC’ye yüklenen bir ekip fotoğrafını aşağı bağladı.
Goldstone’un deneysel hibrit anteni, hem radyo hem de lazer sinyallerinin aynı anten tarafından eşzamanlı olarak alınabileceğini kanıtladığına göre, amaca yönelik olarak tasarlanmış hibrit antenler (burada bir sanatçının konseptinde tasvir edilen gibi) bir gün gerçeğe dönüşebilir. Kredi bilgileri: NASA/JPL-Caltech
Çift İşlevsellik Çığır Açıyor
Lazerin fotonlarını (ışık kuantum parçacıkları) tespit etmek için, hibrit antenin kavisli yüzeyinin iç kısmına yedi adet ultra hassas parçalı ayna takıldı. Benzeri altıgen aynalar NASA’nın James Webb Uzay Teleskobu, bu bölümler 3,3 metrelik (1 metre) açıklıklı bir teleskopun ışık toplama açıklığını taklit eder. Lazer fotonlar antene ulaştığında, her bir ayna fotonları yansıtır ve onları, antenin çanağın merkezinin üzerinde asılı olan alt reflektörüne bağlı yüksek pozlamalı bir kameraya hassas bir şekilde yönlendirir.
Kamera tarafından toplanan lazer sinyali daha sonra kriyojenik olarak soğutulmuş yarı iletken nanotel teklisine beslenen bir optik fiber aracılığıyla iletilir. foton dedektör. JPL’ler tarafından tasarlandı ve üretildi Mikro Cihaz LaboratuvarıDedektör, DSOC’nin uydu-yer bağlantısı yer istasyonu olarak görev yapan, San Diego County, California’daki Caltech’in Palomar Gözlemevi’nde kullanılanla (aşağıdaki resme bakınız) aynıdır.
Burada, Caltech’in San Diego County, California’daki Palomar Gözlemevi’nde bulunan 200 inçlik (5,1 metre) Hale Teleskobu’na bağlanan Deep Space Optical Communications veya DSOC süper iletken nanotel tek foton dedektörünün özdeş bir kopyası gösterilmektedir. NASA’nın Güney Kaliforniya’daki Jet Propulsion Laboratuvarı’ndaki Mikro Cihazlar Laboratuvarı tarafından inşa edilen dedektör, teknoloji gösteriminin bir parçası olarak NASA’nın Psyche misyonuyla derin uzayda seyahat eden DSOC uçuş alıcı-vericisinden yakın kızılötesi lazer sinyallerini alacak şekilde tasarlandı. Kredi bilgileri: NASA/JPL-Caltech
JPL’deki hibrit antenin iletişim yer sistemleri müdür yardımcısı ve teslimat müdürü Barzia Tehrani, “Bu, 34 metrelik esnek bir yapı üzerine inşa edilmiş yüksek toleranslı bir optik sistemdir” dedi. “Lazeri derin uzaydan dedektöre ulaşan bir fibere aktif olarak hizalamak ve yönlendirmek için aynalardan, hassas sensörlerden ve kameralardan oluşan bir sistem kullanıyoruz.”
Tahrani, antenin, gönderilen lazer sinyalini tespit edecek kadar hassas olmasını umuyor Mars Dünya’dan en uzak noktasında (Güneş’ten Dünya’ya olan mesafenin 2 ½ katı). Psyche, Haziran ayında Mars ve Mars arasındaki ana asteroit kuşağına giderken bu mesafede olacak. Jüpiter metal zengini asteroit Psyche’yi araştırmak için.
Anten üzerindeki yedi bölümlü reflektör, gelecekte kullanılabilecek, 64 bölümlü (26 metrelik (8 metre) açıklıklı bir teleskopa eşdeğer) büyütülmüş ve daha güçlü bir versiyonun konseptinin bir kanıtıdır.
Deneysel antenin testi sırasında, JPL’deki proje ekibinin bu fotoğrafı, Psyche gemisindeki DSOC alıcı-vericisi tarafından aşağı bağlantıya bağlandı. Kredi bilgileri: NASA/JPL-Caltech
Gelecek Beklentileri ve Altyapı Geliştirme
DSOC, insanlığın bir sonraki dev sıçramasını desteklemek için karmaşık bilimsel bilgileri, videoları ve yüksek çözünürlüklü görüntüleri iletebilen daha yüksek veri hızlı iletişimin önünü açıyor: Mars’a insan göndermek. Teknoloji demosu yakın zamanda derin uzaydan rekor kıran bit hızlarında ilk ultra yüksek çözünürlüklü videoyu yayınladı.
Radyo frekansı antenlerinin optik terminallerle güçlendirilmesi ve amaca yönelik hibrit antenlerin inşa edilmesi, mevcut özel bir optik toprak altyapısı eksikliğine bir çözüm olabilir. DSN’nin Kaliforniya, Madrid ve Avustralya’nın Canberra kentindeki tesislere dağıtılmış 14 yemeği vardır. Hibrit antenler, yüksek hacimli verileri almak için optik iletişime güvenebilir ve telemetri (sağlık ve konum bilgileri) gibi daha az bant genişliği yoğun veriler için radyo frekanslarını kullanabilir.
Tehrani, “On yıllardır, DSN’nin dünya çapındaki dev antenlerine yeni radyo frekansları ekliyoruz, dolayısıyla bir sonraki en uygun adım, optik frekansları da dahil etmektir” dedi. “Aynı anda iki şeyi yapan bir varlığımız olabilir; iletişim yollarımızı otoyollara dönüştürerek zamandan, paradan ve kaynaklardan tasarruf sağlıyoruz.”
Misyon ve Teknolojik Gelişmeler
DSOC, NASA’nın Teknoloji Gösteri Görevleri (TDM) programı ve ajansın Uzay İletişimi ve Navigasyon (SCaN) programı tarafından finanse edilen bir dizi optik iletişim gösterisinin en sonuncusudur. Caltech’in Pasadena, California’daki bir bölümü olan JPL, NASA’nın Uzay Teknolojisi Misyon Müdürlüğü bünyesinde TDM için DSOC’yi ve ajansın Uzay Operasyonları Misyon Müdürlüğü bünyesinde SCaN’yi yönetmektedir.