Il team dimostrativo della tecnologia Deep Space Optical Communications (DSOC) della NASA ha compiuto un’impresa: studiare se sia possibile utilizzare i laser per inviare messaggi nello spazio profondo.
I laser possono inviare dati a velocità fino a 100 volte più veloci delle frequenze radio utilizzate oggi, che consente dati più complessi e ad alta definizione, ma il loro funzionamento richiede anche molta più precisione.
Il DSOC è un sistema interplanetario a “banda larga” in grado di inviare e ricevere segnali nel vicino infrarosso, un tipo di segnale di radiazione infrarossa ampiamente utilizzato nella ricerca astronomica. Può trasmettere informazioni scientifiche complesse, nonché immagini e video ad alta definizione a velocità fino a 100 volte più veloci della radiofrequenza.
Il progetto dimostrativo della tecnologia di comunicazione ottica nello spazio profondo della NASA ha battuto un altro record di comunicazioni laser a metà del 2024, inviando un segnale laser dalla Terra alla navicella spaziale Psyche della NASA, a circa 460 milioni di miglia di distanza. Questa è la distanza tra il nostro pianeta e Marte, quando i due pianeti sono il più distanti possibile.
I laser possono inviare dati a velocità fino a 100 volte superiori rispetto alle frequenze radio utilizzate oggi.
Poco dopo questo passaggio, il 29 luglio 2024, la dimostrazione tecnologica ha concluso la prima fase delle sue operazionidal suo lancio a bordo di Psyche il 13 ottobre 2023.
“Questo passaggio è importante. “Le comunicazioni laser richiedono un livello di precisione molto elevato e, prima del lancio di Psyche, non sapevamo quanto le prestazioni si sarebbero degradate a distanze maggiori”, ha affermato Meera Srinivasan, responsabile delle operazioni del progetto presso il Jet Propulsion Laboratory (JPL) della NASA nel sud della California. “Le tecniche che utilizziamo per il monitoraggio e il targeting sono state ora verificate, confermando che le comunicazioni ottiche possono essere un modo robusto e trasformativo per esplorare il sistema solare”.
L’esperienza di successo che comunica molto più velocemente con lo spazio
L’esperimento di comunicazione ottica nello spazio profondo, gestito dal JPL, è costituito da un ricetrasmettitore laser volante e due stazioni di terra. Lo storico telescopio Hale di 5 metri di apertura di Caltech, situato presso l’Osservatorio Palomar di Caltech nella contea di San Diego, in California, funge da stazione di downlink a cui il ricetrasmettitore laser invia i suoi dati dallo spazio profondo.
La dimostrazione delle comunicazioni laser della NASA stabilisce un record nello spazio profondo e completa la prima fase.
L’Optical Communications Telescope Laboratory del JPL, situato a Table Mountain vicino a Wrightwood, in California, funge da stazione di uplink, in grado di trasmettere 7 kilowatt di potenza laser per inviare dati al ricetrasmettitore.
Trasportando dati a una velocità fino a 100 volte superiore a quella della radiofrequenza, i laser possono consentire la trasmissione di informazioni scientifiche complesse, nonché immagini e video ad alta definizione, necessari per sostenere il prossimo grande balzo in avanti dell’umanità, quando gli astronauti viaggeranno su Marte e oltre.
Per quanto riguarda l’astronave, Psiche rimane sana e stabile, utilizzando la propulsione ionica per accelerare verso un asteroide ricco di metalli nella fascia principale degli asteroidi tra Marte e Giove.
Un nuovo record per la NASA
I dati della dimostrazione tecnologica vengono inviati e ricevuti da Psiche sotto forma di bit codificati nella luce del vicino infrarosso, che ha una frequenza più alta delle onde radio. Questa frequenza più elevata consente di includere più dati in una trasmissione, che consente velocità di trasferimento dati molto più elevate.
L’obiettivo delle comunicazioni ottiche nello spazio profondo è dimostrare una tecnologia in grado di trasmettere dati in modo affidabile a velocità superiori a quelle di altre tecnologie di comunicazione spaziale.
Anche quando Psiche era a circa 53 milioni di chilometri di distanza (paragonabile al punto di avvicinamento più vicino a Marte), la dimostrazione tecnologica ha consentito la trasmissione dei dati alla velocità massima del sistema di 267 megabit al secondo. Questa velocità è simile alla velocità di download di Internet a banda larga. Man mano che la navicella si allontana, la velocità con cui può inviare e ricevere dati rallenta, come previsto.
Il 24 giugno, quando Psiche si trovava a circa 390 milioni di chilometri dalla Terra (più di due volte e mezzo la distanza tra il nostro pianeta e il Sole), il progetto ha raggiunto una velocità di trasmissione dati sostenuta di 6,25 megabit al secondo, con una velocità massima di 8,3 megabit al secondo. Sebbene questa velocità sia significativamente inferiore alla velocità massima dell’esperimento, è molto più elevata di quella che un sistema di comunicazione a radiofrequenza che utilizza una potenza comparabile può raggiungere a questa distanza.
1…, 2…, 3…, prove
L’obiettivo delle comunicazioni ottiche nello spazio profondo è dimostrare una tecnologia in grado di trasmettere dati in modo affidabile a velocità superiori a quelle di altre tecnologie di comunicazione spaziale, come i sistemi a radiofrequenza.
Per raggiungere questo obiettivo, il progetto ha avuto l’opportunità di testare set di dati unici, come opere d’arte e video ad alta definizione, nonché dati tecnici della navicella spaziale Psyche. Ad esempio, un downlink includeva versioni digitali dell’opera d’arte “Psyche Inspired” dell’Arizona State University, immagini delle mascotte della squadra e un video ultra HD di 45 secondi che parodia gli schemi televisivi del secolo scorso e mostra scene della Terra e dello spazio.
Con velocità di trasmissione dati da 10 a 100 volte superiori rispetto alle frequenze radio, le comunicazioni laser potrebbero supportare i veicoli spaziali robotici in tutto il nostro sistema solare e persino i futuri astronauti che esplorano Marte.
La dimostrazione tecnologica ha permesso di trasmettere il primo video ultra HD dallo spazio, con un gatto di nome Taters, dalla navicella spaziale Psyche alla Terra l’11 dicembre 2023, A 30 milioni di chilometri di distanza (opere d’arte, immagini e video sono stati caricati su Psyche e archiviati nella sua memoria prima del lancio).
Abi Biswas, esperto di progetti di dimostrazione tecnologica presso il JPL, ha dichiarato: “Uno degli obiettivi principali del sistema consisteva nel dimostrare che la riduzione della velocità di trasmissione dei dati era proporzionale all’inverso del quadrato della distanza. Abbiamo raggiunto questo obiettivo e trasferito enormi quantità di dati di test da e verso la navicella spaziale Psyche tramite laser. Durante la prima fase della dimostrazione sono stati scaricati quasi 11 terabit di dati.
Il ricetrasmettitore di volo verrà spento e riacceso il 4 novembre e ne seguiremo gli sviluppi. Questa attività dimostrerà che l’attrezzatura di volo può funzionare per almeno un anno.
“Alimenteremo il ricetrasmettitore laser di volo ed eseguiremo un breve controllo operativo”, ha affermato Ken Andrews, responsabile delle operazioni di volo del progetto presso il JPL. Una volta completato questo passaggio, potremo sfruttare al massimo le capacità del ricetrasmettitore durante la fase post-congiunzione che inizierà nel corso dell’anno.
Riferimenti articolo:
JPL, 3 ottobre 2024. “La dimostrazione delle comunicazioni laser della NASA stabilisce un record nello spazio profondo e completa la prima fase“,
JPL, 17 ottobre 2024.”Laser nello spazio! Come la nuova tecnologia della NASA potrebbe rivoluzionare le comunicazioni nello spazio profondo!“.
Laboratorio di comunicazioni ottiche
