Космический аппарат NASA Psyche, предназначенный для изучения одноименного металлического астероида (Психея), стартовал 13 октября 2023 года. Во время полета он проводит различные эксперименты в космосе. Один из таких экспериментов — передача информации оптическим способом при помощи инфракрасного лазера.

Для этого космический корабль оснащен специальным оборудованием Deep Space Optical Communications (DSOC). Система лазерной космической связи может быть в 10–100 раз эффективнее существующей радиочастотной технологии. В ходе недавнего эксперимента DSOC доказала свою перспективность, так как смогла передать и принять сигнал с расстояния в 16 миллионов километров.

Впервые на Земле был принят лазерный сигнал с расстояния в десятки миллионов километров

Система лазерной космической связи DSOC

Проект DSOC является разработкой Лаборатория реактивного движения НАСА (JPL).
Согласно задумке, данная технология сможет обеспечить высокоскоростную связь за пределами окололунного пространства. Лазерную связь можно сравнить с использованием лазерной указки для отправки сообщений, где каждый вспышка лазера представляет определенную информацию. Надо сказать, что быстрая и стеабильная связь крайне важна для будущего освоения связи.

В настоящее время люди не покидают пределы земной орбиты, на которой находится МКС, поэтому радиосвязи пока достаточно для задач, которые стоят перед астронавтами. Беспилотные миссии, разумеется, передают данные с гораздо большего расстояния. Для этих целей используют электромагнитные волны. Однако эту связь все равно нельзя назвать идеальной.

Даже при максимальной скорости передачи данных, которая составляет 5,2 мегабит в секунду космический аппарат Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) передает все данные своего самописца в течение более 7 часов. Отправка одного изображения HiRISE занимает около полутора часов.

Лазерный приемо-передатчик DSOC

В будущем наверняка потребуется стабильная и быстрая связь сквозь глубокий космос. Например, она необходима будет для видеотрансляции в реальном времени или быстрой передачи изображений высокой четкости. Например, более эффективная связь будет нужно для во время пилотируемых миссий на Марс.

Плюсы и минусы лазерной связи

Преимущества лазерных лучей заключается в том, что они позволяют “упаковать” больше данных в более плотные волны. В лазерном луче фотоны движутся в одном направлении на одной и той же длине волны. При этом в колебаниях световых волн упакованы огромные объемы данных, которые передаются с беспрецедентной скоростью.

Надо сказать, что оптическая связь — это далеко не новое изобретение. НАСА использовало ее и раньше для передачи данных, но только с околоземной орбиты. Ранее мы рассказывали, что Facebook строит обсерватории для лазерной связи со спутниками. Использовать же на больших расстояниях ранее ее не удавалось, так как это довольно проблематично.

Дело в том, что для передачи сигнала необходимо навести лазерный луч на приемник. Соответственно, чем больше расстояние, тем требуется более высокая точность. Кроме того, сигнал фотонов становится слабее, поэтому требуется больше времени, чтобы преодолеть необходимое расстояние.

Схема работы системы оптической связи DSOC

Лазерный сигнал из космоса принят на Земле

Как сообщает Лаборатории реактивного движения НАСА, благодаря невероятно точному маневру, 14 ноября лазерный приемопередатчик на аппарате Психея зафиксировался на мощном маяке связи JPL, что позволило приемопередатчику DSOC направить на него лазер с расстояния 16 миллионов километров. К слову, это в 40 раз дальше, чем расстояние до Луны.

Как сообщается в исследовании, фотонам потребовалось около 50 секунд, чтобы добраться от космического корабля до Земли. Когда же аппарат достигнет самого дальнего расстояния, лазеру понадобится 20 минут, чтобы достичь Земли, а затем вернуться назад к космическому аппарату. За это время сместится и Земля, и сам аппарат. Поэтому для обеспечения стабильной связи необходимо учитывать данный фактор.

Аппарат Psyche успешно передал на Землю лазерный сигнал с расстояния 16 миллионов километров

Во время эксперимента, система DSOC смогла передать сигнал на Землю и получить его обратно, что уже является большим успехом. То есть полностью были задействованы наземные средства и полетный приемопередатчик, что потребовало от DSOC и наземных систем работать в тандеме.

Как говорят сами ученые, обмен световыми лучами в глубокий космос и обратно может изменить правила нашего общения при освоении космоса. За короткое время команде удалось передать, получать и декодировать некоторые данные. Поэтому с уверенностью можно говорить, что данная технология связи имеет перспективу, но, возможно, полностью не сможет заменить собой передачу данных посредство электромагнитных волн.

источник