NASA протестирует систему лазерной передачи данных в космосе с потенциальной скоростью до 400 Мбит/с

Американское аэрокосмическое агентство NASA отправит в космос лазерный приёмопередатчик ближнего инфракрасного диапазона для тестирования системы, которую однажды можно будет использовать для связи с астронавтами на Марсе.

Зонд Psyche в сборочном цехе. Источник изображений: NASA/JPL-Caltech

Необходимое оборудование системы Deep Space Optical Communications (DSOC) планируется отправить вместе с автоматической межпланетной станцией Psyche, предназначенной для изучения астероида «Психея». Запуск космического аппарата запланирован на 5 октября. Полёт к астероиду диаметром 225 км, находящемуся в поясе астероидов между орбитами Марса и Юпитера и состоящему в основном из железа и никеля, займёт около двух лет. В это время оборудование DSOC будет тестироваться для связи с двумя наземными станциями, расположенными в Южной Калифорнии.

В NASA считают, что лазеры DSOC ближнего инфракрасного диапазона могут от 10 до 100 раз превзойти эффективность передачи данных по сравнению с самыми передовыми радиосистемами, использующимися сегодня в космосе. Возможность обеспечения широкополосной лазерной связи в космосе была доказана для околоземной орбиты и в рамках коммуникации со спутниками на орбите Луны, но дальний космос ставит новые задачи в этом вопросе.

Марсоход Perseverance, находящийся на поверхности Красной планеты, может связываться с орбитальными аппаратами со скоростью 2 Мбит/с. Орбитальный марсианский зонд Reconnaissance Orbiter в свою очередь может передавать данные на Землю со скоростью от 0,5 до 4 Мбит/с. Повышение этих скоростей с помощью лазеров в 10–100 раз имеет очевидное преимущество, даже с учётом того факта, что предел скорости света не позволяет организовать синхронную связь между Землёй и Марсом.

Система DSOC использует свет ближнего инфракрасного диапазона, способный нести больше информации по сравнению с радиоволнами, что позволяет наземным станциям одновременно получать больше данных. Аппараты, находящиеся в дальнем космосе, с помощью такой системы коммуникации смогут отправлять на Землю более подробные изображения или даже видео, снятые с их камер.

Телескоп Хейла в Паломарской обсерватории Калифорнийского технологического института в округе Сан-Диего, Калифорния

Для получения команд приёмопередатчик DSOC будет использовать камеру зонда, прикреплённую к телескопу с апертурой 22 см, для автоматического сканирования и захвата восходящей линии связи лазера ближнего инфракрасного диапазона, передаваемого из лаборатории NASA Optical Communication Telescope Laboratory в Райтвуде, Калифорния. Он также будет передавать данные на 5,1-метровый телескоп Хейла в Паломарской обсерватории Калифорнийского технологического института в округе Сан-Диего, Калифорния, расположенного примерно в 130 километрах от OCTL.

Лаборатории NASA Optical Communication Telescope Laboratory в Райтвуде, Калифорния

Для погашения любых шумов в сигнале детектор фотонов, использующийся в телескопе Хейла, охлаждается криогенно. Благодаря этому он сможет эффективнее обнаруживать лазерные передачи от DSOC. По мере удаления аппарата Psyche от Земли и его приближения к астероиду «Психея» время, необходимое для отправки и получения сигналов от DSOC, будет постепенно увеличиваться. Ожидается, что максимальное расстояние, на котором будет проводиться передача данных с помощью системы DSOC, составит более 300 млн км.

Чтобы гарантировать улавливание лазерным приёмопередатчиком DSOC восходящего сигнала связи с Земли инженеры оснастили космический аппарат Psyche специальными распорками, которые надёжно удерживают его телескоп на месте, предотвращая воздействие на него вибраций.

«Каждый компонент DSOC представляет собой новую технологию — от мощных лазеров восходящей линии связи до системы наведения приёмопередатчика телескопа и чрезвычайно чувствительных сенсоров, которые могут улавливать отдельные фотоны. Команде проекта даже пришлось разработать новые методы обработки сигналов, чтобы иметь возможность максимально повысить эффективность получения информации из таких слабых сигналов, передаваемых на огромные расстояния», — прокомментировал руководитель проекта DSOC Билл Клипштейн (Bill Klipstein) из Лаборатории реактивного движения.