Революция в космическите комуникации: Лазерната система на NASA надхвърли всички очаквания

Изминаха почти две години, откакто американската космическа агенция NASA изстреля сондата Psyche на 414-милионно километрово пътешествие до едноименния астероид, разположен между Марс и Юпитер. Апаратът няма да достигне целта си до 2028 г., но за разлика от повечето други сонди, пътуващи в дълбокия космос, той не прекара това време в бездействие.

Експериментът DSOC

Psyche носи на борда си всички необходими инструменти (мултиспектрална камера, гама-лъчев и неутронен спектрометър и магнитометър), за да изследва астероида и да определи дали той е частично ядро на планетозимал – един от градивните елементи на ранна планета. Ако това се окаже вярно, скалното парче може да отговори на много от въпросите, които все още имаме за близкото ни космическо обкръжение.

Но основната цел на мисията не е фокус на тази новина. Докато пътува към местоназначението си, сондата беше избрана да участва в изключително важен експеримент в областта на космическите комуникации, наречен Deep Space Optical Communications (DSOC).

В момента комуникацията на Земята с космически апарати и астронавти се осъществява чрез радиочестотни системи. Те работят и са доста надеждни, но не са особено ефективни за бързо предаване на големи обеми данни на огромни разстояния.

DSOC, от друга страна, е комуникационна система, базирана на лазер, която може напълно да революционизира изследването на космоса, ако бъде възприета. Съдейки по изявлението на NASA от миналата седмица, този процес вече е преполовен.

Ключови постижения

Системата се състои от лазерен приемо-предавател, инсталиран на сондата Psyche, и две наземни станции, способни да приемат данни на Земята. Информацията се кодира като битове във фотоните на лазера, което означава, че всичко – от научни данни с висока резолюция до видео с висока разделителна способност – може да се предава до 100 пъти по-бързо от традиционните методи.

NASA тества DSOC за първи път през ноември 2023 г., когато сондата изпрати данни чрез лазер до телескопа Хейл в обсерваторията Паломар в Калифорния. Това се случи от разстояние 16 милиона километра – 40 пъти по-далеч от Луната. След това, през декември същата година, системата извърши първото в историята предаване на видео с ултрависока разделителна способност. От 31 милиона километра Psyche изпрати кратък, 15-секунден клип, показващ котка на име Тейтърс.

Предаването беше осъществено със скорост от 267 Mbps, което е сравнимо със скоростите на широколентовия интернет и представлява максималната възможност на системата.

След този исторически момент NASA спря да дава информация за напредъка на проекта, но не и да работи по него. Миналата седмица агенцията разкри, че проектът е надхвърлил всичките си технически цели и че са положени основите на високоскоростните комуникации за бъдещите пилотирани мисии на NASA до Марс.

Резултати и бъдещи приложения

Наскоро DSOC е извършила своето 65-о и последно предаване, изпращайки лазерен сигнал до сондата, намираща се на разстояние 351 милиона километра от Земята, и получавайки обратен сигнал. Въпреки че това е финалният тест, той не е рекорден. Рекордът за разстояние беше поставен в края на миналата година, когато бяха изтеглени данни от Psyche от 494 милиона километра.

Тези цифри може и да не звучат впечатляващо, но трябва да се отчете колко е трудно да се изстреля лазер и да се улучи цел с размерите на тенис корт, намираща се толкова далеч. Особено когато и източникът на лазера, и неговата цел се движат в космоса с висока скорост.

От NASA съобщават, че по време на мисията DSOC сондата е изпратила общо 13,6 терабита данни. Те са били приети или от обсерваторията Паломар, или от комплекса Голдстоун на мрежата за далечни космически комуникации.

Двегодишните тестове и 65-те предавания доказаха, че данни, кодирани в лазери, могат надеждно да се предават, приемат и декодират след пътуване на милиони километри. Това ще бъде от решаващо значение за предстоящите мисии до Луната по програмата „Артемис“, както и за все още необявената програма за изследване на Марс, тъй като астронавтите ще трябва да изпращат изображения и данни с висока резолюция.

Системата не е безпогрешна. Според представители на NASA експериментът се е сблъскал с много предизвикателства, включително метеорологични събития и горски пожари, които са повлияли на наземните станции. Въпреки това, към момента тя е най-добрият наличен вариант. Засега обаче космическата агенция не съобщава кога комуникационна система DSOC може да бъде внедрена за оперативни цели в реална мисия.