NASA готовится протестировать лазерную связь в космосе на расстоянии 370 млн км
Экспериментальная антенна Сети дальней космической связи NASA (DSN), снабженная оптическим приемником, успешно отследила и декодировала сигнал от лазерного приемопередатчика, находящегося на борту космического аппарата «Психея». По мнению специалистов агентства, высокоскоростная передача большего объема данных открывает новые возможности для изучения дальнего космоса. В июне межпланетный зонд окажется рядом с Марсом, и ученые надеются, что антенна сможет уловить сигнал, переданный с 370 млн км, что в 2,5 раза превышает расстояние от Солнца до нашей планеты.
34-метровая гибридная антенна под названием Deep Space Station 13 установлена в комплексе DSN в Голдстоуне, Калифорния. Она способна принимать как радиочастотные, так и оптические сигналы. В рамках эксперимента по оптической связи в дальнем космосе DSOC, который начался в ноябре 2023 года, антенна получила лазерный сигнал, отправленный лазерным приемопередатчиком на борту космического аппарата «Психея» в ближнем инфракрасном диапазоне.
Тогда она передавала данные с расстояния 32 миллиона километров со скоростью 15,63 мегабита в секунду — это примерно в 40 раз быстрее, чем радиочастотная связь. А затем, 1 января 2024-го, Deep Space Station 13 получила фото команды специалистов Лаборатории реактивного движения JPL, работающих по проекту DSOC, которое было загружено в демонстратор технологии перед запуском Psyche.
«Наша гибридная антенна смогла успешно и надежно подключиться к нисходящей линии связи DSOC и отслеживать ее вскоре после начала технической демонстрации. Она также приняла радиочастотный сигнал Psyche, что позволило нам впервые продемонстрировать синхронную радиочастотную и оптическую связь в дальнем космосе», — подчеркнула заместитель менеджера DSN в Лаборатории реактивного движения NASA Эми Смит.
Чтобы ловить фотоны лазера (квантовые частицы света), к внутренней стороне «тарелки» гибридной антенны вблизи фокуса были прикреплены семь сверхточных сегментированных зеркал: они напоминают шестиугольные зеркала космического телескопа «Джеймс Уэбб» и соответствуют светосиле оптического телескопа с метровой апертурой. Когда лазерные фотоны попадают на антенну, каждое зеркало отражает их, перенаправляя в приемную камеру с высокой выдержкой, установленную на контррефлекторе в фокусе «тарелки».
Затем лазерный сигнал проходит по оптическому волокну в криогенно охлаждаемый полупроводниковый нанопроволочный однофотонный детектор. Аналогичный используется в Паломарской обсерватории в Калифорнии, которая действует как наземная станция нисходящей линии связи DSOC.
По мнению специалистов, недавний эксперимент показал, что наземные антенны DSN, которые поддерживают связь с космическими аппаратами посредством радиоволн, могут успешно дооборудоваться для оптической (лазерной) связи. Это позволит передавать большой объем данных и предоставит новые возможности для изучения космоса, говорится в заявлении NASA.
Однако в июне экспериментальную антенну ждет еще одно испытание: зонд «Психея», который направляется к одноименному астероиду в Главном поясе между Марсом и Юпитером, улетит от Земли на расстояние около 370 миллионов километров (это в 2,5 раза превышает путь от Солнца до нашей планеты). И в NASA рассчитывают, что Deep Space Station 13 будет достаточно чувствительной, чтобы обнаружить лазерный сигнал, посылаемый Psyche из самой удаленной от Земли точки.
Космический аппарат Psyche был запущен с помощью ракеты-носителя Falcon Heavy 13 октября 2023 года. Основная цель его экспедиции — исследовать находящийся в пяти годах и десяти месяцах полета астероид Психея. По предположению ученых, он когда-то был ядром планеты и может содержать ответы на некоторые из величайших загадок планетологии. Ожидается, что через 2,5 года зонд пролетит мимо Марса и примерно в июне 2029-го достигнет астероида. Исследование небесного тела продлится 21 месяц, в течение которых «Психея» приблизится к астероиду на расстояние до 190 километров.
В конце ноября 2023 года NASA впервые получило данные из дальнего космоса по лазерному лучу. Ученые отправили данные далеко за пределы Луны — на расстояние около 16 миллионов километров от Земли, — и приняли ответный сигнал с помощью наземных приемников. Это стало самой масштабной демонстрацией оптической связи в истории. Подробнее об эксперименте читайте в нашей статье.
