NASA, 140+ Milyon Mil Uzaklıktan Lazer İletişimi Alıyor

NASADerin Uzay Optik İletişim deneyi aynı zamanda Psyche uzay aracının iletişim sistemiyle ilk kez arayüz oluşturarak mühendislik verilerini Dünya’ya aktardı.

NASA’nın Psyche uzay aracına binen ajansın Deep Space Optik İletişim teknolojisi gösterisi rekorlar kırmaya devam ediyor. Asteroide bağlı uzay aracı veri göndermek için optik iletişime dayanmasa da, yeni teknoloji bu göreve hazır olduğunu kanıtladı. Lazer iletişim demosu, Psyche’nin radyo frekansı vericisi ile arayüz oluşturduktan sonra, Dünya ile Güneş arasındaki mesafenin 1½ katı olan 140 milyon mil (226 milyon kilometre) uzaklıktan mühendislik verilerinin bir kopyasını gönderdi.

Bu başarı, uzay aracının gelecekte optik iletişimi nasıl kullanabileceğine dair bir fikir veriyor; karmaşık bilimsel bilgilerin daha yüksek veri hızında iletişimini ve aynı zamanda insanlığın bir sonraki dev atılımını destekleyen yüksek çözünürlüklü görüntü ve videoları mümkün kılıyor: insanları uzaya göndermek. Mars.

Bu görselleştirme, Psyche uzay aracının 8 Nisan’da, DSOC uçuş lazer alıcı-vericisinin 140 milyon milden fazla 25 Mbps hızla Dünya’daki bir uydu-yer hattı istasyonuna veri ilettiğindeki konumunu göstermektedir. Kredi bilgileri: NASA/JPL-Caltech

NASA’nın Güney Kaliforniya’daki Jet Propulsion Laboratuvarı’nda projenin operasyonlarını yöneten Meera Srinivasan, “8 Nisan’daki bir geçiş sırasında yaklaşık 10 dakikalık yinelenen uzay aracı verilerini aşağı bağladık” dedi. “O zamana kadar Psyche’den gelen bağlantılarımıza test ve teşhis verileri gönderiyorduk. Bu, optik iletişimin bir uzay aracının radyo frekansı iletişim sistemiyle nasıl arayüz oluşturabileceğini göstermesi açısından proje için önemli bir kilometre taşını temsil ediyor.”

Bu demodaki lazer iletişim teknolojisi, derin uzaydan, günümüzde derin uzay görevlerinde kullanılan son teknoloji ürünü radyo frekans sistemlerinden 10 ila 100 kat daha hızlı veri iletmek üzere tasarlanmıştır.

13 Ekim 2023’te fırlatıldıktan sonra uzay aracı, Mars ile Mars arasındaki ana asteroit kuşağına doğru yolculuğunu sürdürürken sağlıklı ve stabil kalıyor. Jüpiter asteroit Psyche’yi ziyaret etmek.

Beklentileri Aşmak

NASA’nın optik iletişim gösterisi, uçuş lazer alıcı-vericisinin yakın kızılötesi aşağı bağlantı lazerinden test verilerini saniyede maksimum 267 megabit (Mbps) hızında iletebildiğini gösterdi; bu, geniş bant internet indirme hızlarıyla karşılaştırılabilecek bir bit hızıdır.

Bu, 11 Aralık 2023’te deneyin 19 milyon mil (31 milyon kilometre veya Dünya-Ay mesafesinin yaklaşık 80 katı) uzaklıktan Dünya’ya 15 saniyelik ultra yüksek çözünürlüklü bir video ışınlaması ile başarıldı. Video, Arizona Eyalet Üniversitesi’nin dijital versiyonları da dahil olmak üzere diğer test verileriyle birlikte Psyche’den ilham alındı sanat eseri, Psyche geçen yıl fırlatılmadan önce uçuş lazer alıcı-vericisine yüklenmişti (aşağıdaki resme bakın).

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

Artık uzay aracı yedi kat daha uzakta olduğundan, beklendiği gibi veri gönderip alma hızı azaldı. 8 Nisan’daki test sırasında uzay aracı, test verilerini maksimum 25 Mbps hızında iletti; bu, projenin bu mesafede en az 1 Mbps hızın mümkün olduğunu kanıtlama hedefini fazlasıyla aşar.

Proje ekibi ayrıca alıcı-vericiye Psyche tarafından oluşturulan verileri optik olarak iletmesini de emretti. Psyche, radyo frekansı kanalı üzerinden NASA’nın Derin Uzay Ağı’na (DSN) veri aktarırken, optik iletişim sistemi aynı anda aynı verilerin bir kısmını Caltech’in Kaliforniya, San Diego County’deki Palomar Gözlemevi’ndeki Hale Teleskobu’na da iletti; teknoloji demosunun birincil noktası Downlink yer istasyonu.

“DSN ve Palomar’dan verileri aldıktan sonra, optik olarak aşağı bağlantılı verileri şu adreste doğruladık: JPL” dedi JPL’de proje uçuş operasyonları lideri Ken Andrews. “Kısa bir zaman diliminde küçük miktarda verinin aşağı bağlantısı yapıldı, ancak bunu şu anda yapıyor olmamız tüm beklentilerimizi aştı.”

Lazerlerle Eğlence

Psyche piyasaya sürüldükten sonra, optik iletişim demosu başlangıçta önceden yüklenmiş veriler arasında bağlantı kurmak için kullanıldı. Kedi videosunu taters. O zamandan bu yana proje, alıcı-vericinin veri alabildiğini kanıtladı. yüksek güçlü uplink lazer JPL’nin Wrightwood, Kaliforniya yakınlarındaki Table Mountain tesisinde. Projenin yakın zamanda yapılan bir “geri dönüş deneyinde” kanıtladığı gibi, veriler alıcı-vericiye gönderilip aynı gece Dünya’ya geri gönderilebiliyor.

Bu deney, dijital evcil hayvan fotoğraflarının yanı sıra test verilerini de Psyche’ye ve tekrar geriye, 280 milyon mile (450 milyon kilometre) kadar bir gidiş-dönüş yolculuğuyla aktardı. Ayrıca optik iletişim bağlantısının özelliklerini incelemek için teknoloji demosunun kendi mühendislik verilerinin büyük miktarını da indirdi.

“Gökyüzü açık olduğunda sistemi ne kadar ileri götürebileceğimiz konusunda çok şey öğrendik, ancak fırtınalar JPL’de projenin alıcı elektroniği lideri Ryan Rogalin, “bazen Table Mountain ve Palomar’daki operasyonlar kesintiye uğradı” dedi. (Radyo frekansı iletişimleri çoğu hava koşulunda çalışabilirken, optik iletişim, yüksek bant genişliğine sahip verileri iletmek için nispeten açık gökyüzü gerektirir.)

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

JPL kısa süre önce, DSN’nin Barstow, Kaliforniya’daki Goldstone Derin Uzay İletişim Kompleksi’ndeki deneysel radyo frekansı optik anteni olan Palomar’ı ve aynı sinyali konserde almak için Table Mountain’daki bir dedektörü birleştirmeye yönelik bir deneye öncülük etti. Birden fazla yer istasyonunu tek bir büyük alıcıyı taklit edecek şekilde “düzenlemek”, derin uzay sinyalini artırmaya yardımcı olabilir. Bu strateji, hava koşulları nedeniyle bir yer istasyonunun çevrimdışı duruma getirilmesi durumunda da yararlı olabilir; diğer istasyonlar sinyali almaya devam edebilir.

Misyon Hakkında Daha Fazla Bilgi

JPL tarafından yönetilen bu gösteri, NASA’nın Uzay Teknolojisi Misyon Müdürlüğü kapsamındaki Teknoloji Gösterim Görevleri (TDM) programı ve ajansın Uzay Operasyonları Misyon Müdürlüğü bünyesindeki SCaN (Uzay İletişimi ve Navigasyon) programı tarafından finanse edilen bir dizi optik iletişim deneyinin sonuncusudur. Uçuş lazer alıcı-vericisinin geliştirilmesi aşağıdakiler tarafından desteklenmektedir: MİT Lincoln Laboratuvarı, L3 Harris, CACI, First Mode ve Controlled Dynamics Inc. ile Fibertek, Coherent ve Dotfast yer sistemlerini destekliyor. Teknolojinin bir kısmı NASA’nın Küçük İşletme Yenilik Araştırma programı aracılığıyla geliştirildi.

Arizona Eyalet Üniversitesi Psyche misyonuna liderlik ediyor. JPL, misyonun genel yönetiminden, sistem mühendisliğinden, entegrasyon ve testten ve görev operasyonlarından sorumludur. Psyche, NASA’nın Alabama, Huntsville’deki Marshall Uzay Uçuş Merkezi tarafından yönetilen Bilim Misyonu Direktörlüğü kapsamındaki Keşif Programı kapsamında seçilen 14. görevdir. Ajansın Florida’daki Kennedy Uzay Merkezi’nde bulunan NASA’nın Fırlatma Hizmetleri Programı, fırlatma hizmetini yönetti. Maxar Technologies, Palo Alto, Kaliforniya’dan yüksek güçlü güneş enerjili elektrik tahrikli uzay aracı şasisini sağladı.