Межпланетная станция «Психея» установила лазерную связь с Землёй с расстояния 16 млн км

Межпланетная станция «Психея» установила лазерную связь с Землёй с расстояния 16 млн км

На днях межпланетная автоматическая станция NASA «Психея» (Psyche) установила лазерную связь с наземным центром управления. Это произошло при удалении на 16 млн км или примерно в 40 раз дальше, чем Луна отстоит от Земли. Для радиосвязи это детская забава, однако для оптического канала всё очень и очень сложно. Но зато лазер позволит значительно увеличить плотность передачи данных, что важно для передачи научной информации.
Сама по себе лазерная связь не является чем-то новым даже в космосе. Сейчас, например, NASA проводит серию экспериментов по развёртыванию рабочего 1,2-Гбит/с лазерного канала связи с МКС. Другое дело — лазерная связь с глубоким космосом. «Это всё равно, как при помощи лазерной указки можно было бы проследить за движущимся десятицентовиком с расстояния в милю, так и при наведении лазерного луча на миллионы миль требуется чрезвычайно точное "наведение"», — прокомментировали в агентстве установление первого оптического сеанса связи с «Психеей».



Модуль «Оптическая связь в глубоком космосе» (Deep Space Optical Communications или DSOC) установлен на станцию «Психея» в рамках побочного эксперимента в основной миссии аппарата по изучению одноимённого зародыша планеты. По оптическому каналу DSOC в ближнем инфракрасном диапазоне никакие научные данные передаваться не будут. Задача проекта — доказать возможность передавать данные лазерным лучом на большие расстояния. В частности, оборудование на «Психее» должно бить на расстояние до 390 млн км, что примерно в два раза дальше, чем от Земли до Солнца. От лазерного канала ожидают скорости передачи до 264 Мбит/с.
В ходе первого сеанса лазерной связи 14 ноября бортовая оптика «Психеи» поймала сигнал маяка с площадки NASA на Столовой горе в районе Райтвуда (Калифорния). Маяк помог приемопередатчику станции навести свой лазер на объект, расположенный примерно в 130 км к югу от Столовой горы. Тонкой настройкой занимались автоматические системы. Станция смогла передать короткое сообщение и принять другое с Земли. Об установлении надёжного канала связи речь пока не идёт — это всё впереди.
Если лазерная связь станет реальностью, то это поднимет скорость передачи данных на порядок или два порядка. Сложность научного оборудования на космических зондах растёт с каждым годом и радиоканалы уже не справляются с передачей всей собранной информации, а бортовые хранилища — не резиновые. В конце концов, обществу нужны красивые «фоточки» с мест разведки, а это гигабайты одной только визуальной информации.


Станция «Психея» передала на Землю данные с расстояния в 16 млн километров с помощью лазера — NASA



Изучение глубокого или дальнего космоса становится сложнее из-за необходимости быстро передавать большие объемы информации на огромное расстояние. Специалистам NASA удалось решить эту проблему с помощью технологии лазерной передачи данных.
Агентство NASA запустило систему дальней космической оптической связи (DSOC) на борту космического корабля «Психея» и получило первые тестовые данные с расстояния в 16 миллионов километров. Это примерно в сорок раз больше, чем расстояние между Землей и Луной.
Конечно, для современных систем радиосвязи это еще не проблема, но расчетный потенциал «Психеи» подразумевает, что станция должна отправлять и принимать сигналы на расстоянии до 390 миллионов километров. То есть, примерно в два раза дальше, чем от Земли до Солнца. При этом специалисты космического агентства надеются не только получить пакеты с такого расстояния, но также увеличить скорость связи с Землей до 100 раз по сравнению с обычной радиосвязь.
Технология передачи данных с помощью сфокусированного пучка света не является новой. Такая «оптика» уже была продемонстрирована на низкой околоземной орбите, а также на Луне. Однако DSOC является первой и очень сложной системой, которая работает в условиях глубокого космоса. В NASA заявляют, что использование DSOC можно сравнить с процессом наведения лазерной указки на десятицентовую монету с расстояния примерно в полтора километра.



В рамках пробного сеанса связи «Психея» отправила на Землю первые данные. Сигнал с корабля был принят объектом, расположенным в горах Калифорнии. На текущий момент станции удалось передать и принять короткое сообщение. Теперь специалисты занимаются настройкой надежного канала связи.

источник: NASA's Psyche spacecraft beams back a 'Hello' from 10 million miles away


Спутник отправил NASA сигнал, который преодолел 16 млн км всего за 50 секунд.  Это успешный
 эксперимент по работе оптической связи в дальнем космосе



NASA провело эксперимент для проверки оптической связи Deep Space Optical Communications (DSOC) за пределами системы Земля-Луна. Ранее связь, тем более на дальние расстояния, осуществлялась посредством радиоволн, но сейчас агентство протестировало лазер.
13 октября в космос был запущен космический аппарат «Психея», направляющийся к одноимённому металлическому астероиду. Задача отправки «Психеи» в космос состоит в проверке технической возможности и эффективности связи с помощью лазерных лучей, отправляемых на огромные расстояния.
Первые результаты оказались отличными. NASA послало сигнал спутнику из Лаборатории реактивного движения (JPL) в окрестностях Лос-Анджелеса. И ответ пришёл в течение 50 секунд Паломарской обсерватории Калифорнийского технологического института в округе Сан-Диего, которая находится в 160 км к югу от источника передачи первичного сигнала. Аппарат находится на расстоянии 16 млн км, или 10 млн миль, в поясе астероидов между Марсом и Юпитером. Это порядка 40 расстояний от Земли до Луны.

источник: Earth received a message sent from a deep-space laser — it took just 50 seconds to travel 10 million miles

Восьмое чудо света: можно ли использовать лазер для коммуникации?

9 ноября разработанный Лабораторией Линкольна Массачусетского технологического института терминал лазерной связи стартовал к МКС. На станции прибор, получивший название ILLUMA-T (Integrated LCRD Low Earth Orbit User Modem and Amplifier Terminal), будет участвовать в демонстрации технологии лазерной связи для миссий, находящихся на низкой околоземной орбите. Команда проекта хочет доказать, что ILLUMA-T может обеспечить высокую скорость передачи данных с МКС на запущенный ранее спутник LCRD на геосинхронной орбите, а с него — на наземные станции на Земле, и наоборот.

Лазер как предчувствие

Радиоволны использовались с самого начала освоения космоса и до сих пор являются основным средством связи центров управления полетами с кораблями на орбите Земли (и далеко за ее пределами).
Однако по мере того, как космические миссии генерируют и собирают все больше данных, первостепенной стала потребность в передаче большого массива информации за приемлемое время. Радиосистема «Вояджера-1», например, от орбиты Юпитера передавала информацию со скоростью 115,2 килобита в секунду, а с орбиты Сатурна — всего 45.
МКС «общается» с Землей на значительно большей скорости. NASA обеспечивает связь со станцией через систему спутников TDRS (Tracking and Data Relay Satellites), находящихся на высокой орбите, и наземных станций Space Network. В 2019 году администрация в два раза увеличила скорость обмена данными — до 600 мегабит в секунду. Российский сегмент МКС с 2020 года использует собственную многофункциональную космическую систему ретрансляции «Луч», которая обеспечивает скорость до 105 мегабит в секунду.
Оптическая связь, как ожидается, увеличит пропускную способность в 10–100 раз по сравнению с радиочастотными системами. Кроме того, ее модули имеют меньшие размеры, вес, а также потребляют меньше энергии. Это значит, что их использование сделает космические запуски дешевле, а в аппаратах станет больше места для размещения научных инструментов. Меньшая потребляемая мощность означает меньший расход заряда батарей.
Однако, в отличие от радиочастотной связи, оптические сигналы не могут проникать сквозь облака. Чтобы избежать перебоев из-за погоды, упомянутый в начале спутник LCRD передает данные, полученные от других аппаратов, на две наземные станции: Столовую Гору в Калифорнии и Халеакале на Гавайях. Эти места были выбраны из-за минимальной облачности.

Передайте побыстрее

Лазерная связь использует невидимый инфракрасный свет для отправки и получения информации с более высокой скоростью передачи данных, предоставляя космическим аппаратам возможность отправлять больше данных на Землю за одну передачу.
В 2014 году аппарат Lunar Laser Communications Demonstration передавал с помощью лазера данные от миссии по исследованию спутника Lunar Atmosphere and Dust Environment Explorer. Эксперимент показал, что между Землей и Луной можно передавать данные на скорости до 622 мегабит в секунду, при этом космический аппарат весил меньше и потреблял меньше энергии, чем радиопередатчик. В том же году аппарат OPALS (Optical Payload for Lasercomm Science) пытался установить лазерную связь между МКС, передавая на Землю видео. Однако из 26 попыток 18 оказались неудачными.
В 2022 году NASA запустила кубсат TBIRD — TeraByte InfraRed Delivery, — который в 2023 году поставил рекорд по скорости передачи данных с орбиты, составивший 200 гигабит в секунду.



Кубсат TBIRD по размерам не превышает коробку с салфетками.

LCRD, запущенный в декабре 2021 года, — это демонстратор технологий, который должен по-настоящему проложить путь для использования оптической связи будущими миссиями. Команды, которые решат использовать оптическую связь, потенциально смогут использовать LCRD в качестве ретранслятора. Одним из первых операционных пользователей LCRD и станет интегрированный низкоорбитальный пользовательский модем и терминал усилителя LCRD (ILLUMA-T), который разместят на МКС. Терминал будет получать научные данные в высоком разрешении от экспериментов и приборов на борту станции, а затем передаст их в LCRD, который в свою очередь отправит их на наземную станцию.



LCRD в представлении художника.

Но пока не запущен хотя бы один зонд-пользователь, LCRD практикуется в отправке тестовых данных на свои наземные станции и обратно. Они включают информацию о состоянии космического аппарата, данные слежения, телеметрии и команд и образец пользовательских данных, которые позволяют убедиться в правильной работе LCRD.

ILLUMA-T



ILLUMA-T в чистой комнате Центра космических полетов имени Годдарда. 

Оптический модуль ILLUMA-T состоит из телескопа и двухосного подвеса, который позволяет отслеживать LCRD на геосинхронной орбите и наводиться на него. Сам оптический модуль сопоставим по размерам с микроволновой печью, а общий размер аппарата не превышает по габаритам бытовой холодильник. ILLUMA-T c помощью манипуляторов установят на японский сегмент МКС.
Как только ILLUMA-T передаст первый луч лазера на LCRD, начнется экспериментальное функционирование установки. Если эта фаза завершится успешно, ILLUMA-T может стать полноценной частью космической станции и существенно увеличить объем данных, которые NASA cможет отправлять на орбиту и получать обратно.
Лазерная связь может существенно облегчить жизнь ученым на Земле, по чьему заказу проводятся научно-технические исследования на борту МКС. При планируемой скорости 1,2 гигабита в секунду ILLUMA-T может передать объем данных, эквивалентный среднему фильму, менее чем за минуту.