NASA’nın yeni deneysel anteni derin uzay lazerini takip ediyor

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 (DSN) uzay aracıyla radyo dalgaları aracılığıyla iletişim kuran dev çanak antenlerinin optik veya lazer iletişim için uyarlanmasının mümkün olduğunu gösteriyor.

İletimlere daha fazla veri paketleyerek optik iletişim, ağdaki talep arttıkça DSN’yi desteklerken yeni uzay araştırma yeteneklerini de mümkün kılacak.

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 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.

JPL DSN müdür yardımcısı Amy Smith, “Hibrit antenimiz, teknoloji demosunun başlatılmasından kısa bir süre sonra DSOC aşağı bağlantısını başarılı ve güvenilir bir şekilde kilitleyebildi ve takip edebildi” dedi. “Aynı zamanda Psyche’nin radyo frekansı sinyalini de aldı, bu nedenle 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 hızında 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.

Bire iki

Lazerin fotonlarını (ışık kuantum parçacıkları) tespit etmek için, hibrit antenin kavisli yüzeyinin iç kısmına yedi adet ultra hassas parçalı ayna takıldı. NASA’nın James Webb Uzay Teleskobu’nun altıgen aynalarına benzeyen 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 tek foton dedektörüne beslenen bir optik fiber aracılığıyla iletilir. JPL’nin Mikro Cihaz Laboratuvarı tarafından tasarlanıp üretilen dedektör, DSOC’nin uydu-yer hattı yer istasyonu görevi gören Caltech’in San Diego County, California’daki Palomar Gözlemevi’nde kullanılan dedektörle aynıdır.

JPL’deki hibrit antenin iletişim yer sistemleri müdür yardımcısı ve dağıtım 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 Mars’tan gönderilen lazer sinyalini Dünya’dan en uzak noktada (güneşten Dünya’ya olan mesafenin 2 ½ katı) tespit edecek kadar hassas olacağını umuyor. Psyche, metal zengini asteroit Psyche’yi araştırmak için Haziran ayında Mars ve Jüpiter arasındaki ana asteroit kuşağına doğru yola çıkacak.

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.

Bir altyapı çözümü

DSOC, insanlığın bir sonraki dev atılımını, insanları Mars’a göndermeyi desteklemek için karmaşık bilimsel bilgileri, videoları ve yüksek çözünürlüklü görüntüleri aktarabilen daha yüksek veri hızlı iletişimin önünü açıyor. 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 genelinde bulunan 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 dönüştürmek ve zamandan, paradan ve kaynaklardan tasarruf etmek.”