La demo delle comunicazioni ottiche della NASA invia dati a 140 milioni di miglia

L’esperimento Deep Space Optical Communications della NASA si è anche interfacciato per la prima volta con il sistema di comunicazione della navicella spaziale Psyche, trasmettendo dati tecnici alla Terra.

A bordo della navicella spaziale Psyche della NASA, la dimostrazione della tecnologia Deep Space Optical Communications dell’agenzia continua a battere i record. Sebbene la navicella spaziale diretta all’asteroide non si affidi alle comunicazioni ottiche per inviare dati, la nuova tecnologia ha dimostrato che è all’altezza del compito. Dopo l’interfacciamento con il trasmettitore a radiofrequenza di Psiche, la demo delle comunicazioni laser invia una copia dei dati tecnici da oltre 140 milioni di miglia (226 milioni di chilometri) di distanza, 1 volta e mezzo la distanza tra la Terra e il Sole.

Questo risultato offre uno sguardo su come i veicoli spaziali potrebbero utilizzare le comunicazioni ottiche in futuro, consentendo comunicazioni a velocità di dati più elevata di informazioni scientifiche complesse, nonché immagini e video ad alta definizione a sostegno del prossimo passo da gigante dell’umanità: l’invio di esseri umani su Marte.

“Abbiamo effettuato il downlink di circa 10 minuti di dati duplicati del veicolo spaziale durante un passaggio l’8 aprile”, ha affermato Meera Srinivasan, responsabile delle operazioni del progetto presso il Jet Propulsion Laboratory della NASA nel sud della California. “Fino ad allora, avevamo inviato test e dati diagnostici nei nostri downlink da Psyche. Ciò rappresenta una pietra miliare significativa per il progetto poiché mostra come le comunicazioni ottiche possono interfacciarsi con il sistema di comunicazioni a radiofrequenza di un veicolo spaziale.”

La tecnologia di comunicazione laser in questa demo è progettata per trasmettere dati dallo spazio profondo a velocità da 10 a 100 volte più veloci rispetto ai sistemi di radiofrequenza all’avanguardia utilizzati oggi dalle missioni nello spazio profondo.

Dopo il lancio il 13 ottobre 2023, la navicella spaziale rimane sana e stabile mentre viaggia verso la fascia principale degli asteroidi tra Marte e Giove per visitare l’asteroide Psiche.

Superare le aspettative

La dimostrazione delle comunicazioni ottiche della NASA ha dimostrato che può trasmettere dati di test a una velocità massima di 267 megabit al secondo (Mbps) dal laser downlink nel vicino infrarosso del ricetrasmettitore laser di volo: una velocità in bit paragonabile alla velocità di download di Internet a banda larga.

Ciò è stato raggiunto l’11 dicembre 2023, quando l’esperimento ha trasmesso un video ad altissima definizione di 15 secondi sulla Terra da 19 milioni di miglia di distanza (31 milioni di chilometri, o circa 80 volte la distanza Terra-Luna). Il video, insieme ad altri dati di test, comprese le versioni digitali dell’opera d’arte Psyche Inspired dell’Arizona State University, era stato caricato sul ricetrasmettitore laser di volo prima del lancio di Psyche l’anno scorso.

Ora che la navicella spaziale è più di sette volte più lontana, la velocità con cui può inviare e ricevere dati è ridotta, come previsto. Durante il test dell’8 aprile, la navicella spaziale ha trasmesso i dati del test a una velocità massima di 25 Mbps, che supera di gran lunga l’obiettivo del progetto di dimostrare che a quella distanza fosse possibile almeno 1 Mbps.

Il team del progetto ha inoltre comandato al ricetrasmettitore di trasmettere otticamente i dati generati da Psiche. Mentre Psyche trasmetteva dati sul suo canale di radiofrequenza al Deep Space Network (DSN) della NASA, il sistema di comunicazione ottica trasmetteva simultaneamente una parte degli stessi dati al telescopio Hale presso l’Osservatorio Palomar di Caltech nella contea di San Diego, in California, il principale strumento della demo tecnologica. stazione terrestre in downlink.

“Dopo aver ricevuto i dati dal DSN e dal Palomar, abbiamo verificato i dati otticamente downlink al JPL”, ha affermato Ken Andrews, responsabile delle operazioni di volo del progetto al JPL. “Si è trattato di downlink di una piccola quantità di dati in un breve lasso di tempo, ma il fatto che lo stiamo facendo ora ha superato tutte le nostre aspettative.”

Divertimento con i laser

Dopo il lancio di Psyche, la demo delle comunicazioni ottiche è stata inizialmente utilizzata per effettuare il downlink dei dati precaricati, incluso il video del gatto Taters. Da allora, il progetto ha dimostrato che il ricetrasmettitore può ricevere dati dal laser di uplink ad alta potenza presso la struttura di Table Mountain del JPL, vicino a Wrightwood, in California. I dati possono anche essere inviati al ricetrasmettitore e poi ricollegati alla Terra nella stessa notte, come ha dimostrato il progetto in un recente “esperimento di inversione di tendenza”.

Questo esperimento ha trasmesso i dati dei test, nonché le fotografie digitali degli animali domestici, a Psiche e ritorno, in un viaggio di andata e ritorno fino a 280 milioni di miglia (450 milioni di chilometri). Ha inoltre effettuato il downlink di grandi quantità di dati tecnici della demo tecnologica per studiare le caratteristiche del collegamento di comunicazione ottica.

“Abbiamo imparato molto su quanto lontano possiamo spingere il sistema quando il cielo è sereno, anche se occasionalmente le tempeste hanno interrotto le operazioni sia a Table Mountain che a Palomar”, ha affermato Ryan Rogalin, responsabile dell’elettronica del ricevitore del progetto al JPL. (Mentre le comunicazioni in radiofrequenza possono funzionare nella maggior parte delle condizioni meteorologiche, le comunicazioni ottiche richiedono cieli relativamente sereni per trasmettere dati a larghezza di banda elevata.)

Il JPL ha recentemente condotto un esperimento per combinare Palomar, l’antenna sperimentale a radiofrequenza ottica presso il Goldstone Deep Space Communications Complex del DSN a Barstow, in California, e un rilevatore a Table Mountain per ricevere lo stesso segnale in concerto. “Disporre” più stazioni di terra per imitare un grande ricevitore può aiutare a potenziare il segnale dello spazio profondo. Questa strategia può essere utile anche se una stazione di terra è costretta offline a causa delle condizioni meteorologiche; altre stazioni possono ancora ricevere il segnale.

Maggiori informazioni sulla missione

Gestita dal JPL, questa dimostrazione è l’ultima di una serie di esperimenti di comunicazione ottica finanziati dal programma Technology Demonstration Missions (TDM) sotto la direzione della missione per la tecnologia spaziale della NASA e dal programma SCaN (Space Communications and Navigation) dell’agenzia all’interno della direzione della missione delle operazioni spaziali. Lo sviluppo del ricetrasmettitore laser di volo è supportato dal MIT Lincoln Laboratory, L3 Harris, CACI, First Mode e Controlled Dynamics Inc., mentre Fibertek, Coherent e Dotfast supportano i sistemi di terra. Parte della tecnologia è stata sviluppata attraverso il programma Small Business Innovation Research della NASA.

L’Arizona State University guida la missione Psiche. Il JPL è responsabile della gestione complessiva della missione, dell’ingegneria del sistema, dell’integrazione, dei test e delle operazioni di missione. Psiche è la quattordicesima missione selezionata come parte del Discovery Program della NASA sotto il Science Mission Directorate, gestito dal Marshall Space Flight Center dell’agenzia a Huntsville, in Alabama. Il Launch Services Program della NASA, con sede presso il Kennedy Space Center dell’agenzia in Florida, ha gestito il servizio di lancio. Maxar Technologies ha fornito il telaio del veicolo spaziale a propulsione elettrica solare ad alta potenza da Palo Alto, California.