НАСА продемонстрировало возможность одновременного приема лазерных и радиосигналов из дальнего космоса
Вчера НАСА объявило о том, что впервые удалось одновременно принять лазерные и радиосигналы из глубокого космоса. Это стало возможным благодаря 34-метровой гибридной антенне Deep Space Network, специально настроенной для этого эксперимента.
Способная принимать как радиочастотные, так и оптические сигналы, антенна правильно отследила и декодировала нисходящий лазерный сигнал от приемопередатчика DSOC (Deep Space Optical Communications) на борту космического аппарата НАСА Psyche во время его перемещения по дальнему космосу.
DSOC - последняя из серии демонстраций оптической связи, финансируемых программой НАСА "Демонстрационные технологические миссии" (TDM) и программой агентства "Космическая связь и навигация" (SCaN). Достижение НАСА демонстрирует возможность адаптации гигантских параболических антенн Deep Space Network (DSN), которые в настоящее время связываются с космическими аппаратами посредством радиоволн, для оптической/лазерной связи.
Экспериментальная антенна Deep Space Station 13
Гибридная антенна, используемая НАСА для эксперимента, пока еще находится на стадии эксперимента, расположена в комплексе глубокой космической связи DSN в Голдстоуне, недалеко от Барстоу, Калифорния. Она называется Deep Space Station 13 (DSS-13) и была специально модифицирована для приема сигналов как в радио-, так и в оптических частотах.
В конце 2023 года антенна передавала данные на борт "Психеи" с расстояния 32 миллиона километров со скоростью 15,63 мегабита в секунду, что примерно в 40 раз быстрее, чем радиосвязь на таком же расстоянии. 1 января 2024 года антенна передала фотографию экипажа, которая была загружена на DSOC до запуска "Психеи".
Таким образом, DSS-13 доказал, что синхронная радиочастотная и оптическая связь из дальнего космоса возможна.
Радио и оптика: два в одном!
Для обнаружения лазерных фотонов, то есть квантовых частиц света, внутри изогнутой поверхности гибридной антенны закреплены семь сверхточных сегментированных зеркал. Они напоминают шестиугольные зеркала космического телескопа Джеймса Уэбба и имитируют светособирающую площадь телескопа с апертурой 1 метр.
Когда лазерные фотоны попадают на антенну, каждое зеркало отражает их и точно перенаправляет в камеру с высокой экспозицией, которая подключена к сублиматору антенны, подвешенному над центром тарелки.
Лазерный сигнал, собранный камерой, затем передается по оптическому волокну, по которому поступает в криогенно охлаждаемый полупроводниковый однофотонный детектор. Спроектированный и построенный в Лаборатории микроустройств JPL, детектор идентичен тому, что используется в Паломарской обсерватории Калтеха, которая служит наземной станцией для передачи данных DSOC.
Семисегментный телескоп-рефлектор на антенне — это экспериментальный тест в преддверии более мощной 64-сегментной версии, которая может быть использована в будущем и которая будет эквивалентна телескопу с 8-метровой апертурой.
На пути к еще более быстрой связи
Демонстрация технологии DSOC, а вместе с ней и эксперименты на Земле, прокладывают путь к будущим коммуникациям из дальнего космоса. На более высоких скоростях передачи и приема данных, способных передавать сложную научную информацию, видео и изображения высокой четкости. В поддержку следующего гигантского шага человечества: пилотируемой миссии на Марс.
Недавно DSOC передала первое видео сверхвысокой четкости из глубокого космоса. Руководители проекта надеются, что Deep Space Station 13 будет достаточно чувствительной, чтобы обнаружить лазерный сигнал, посланный с Марса в самой дальней точке от Земли, что в 2,5 раза больше расстояния Земля-Солнце. Психея будет находиться на этом расстоянии в июне 2024 года, на пути к главному поясу астероидов.
Тем временем эти результаты показывают, что модернизация радиочастотных антенн с оптическими терминалами и создание гибридных антенн может стать решением проблемы отсутствия наземной оптической инфраструктуры. В настоящее время DSN состоит из 14 антенн, расположенных на объектах в Калифорнии, Мадриде и Канберре (Австралия). Гибридные антенны могут использовать оптическую связь для приема больших объемов данных, а радиочастоты - для данных, требующих меньшей пропускной способности, например, телеметрии.