NASA、1億4000万マイル以上離れた場所からレーザー通信を受信

NASA深宇宙光通信実験では、初めてプシュケ宇宙船の通信システムと対話し、工学データを地球に送信しました。

NASA のプシュケ宇宙船に乗って、NASA の深宇宙光通信技術のデモンストレーションは記録を更新し続けています。 小惑星に向かう宇宙船はデータの送信に光通信に依存していませんが、新しい技術がその任務に応えられることが証明されています。 レーザー通信ディスプレイは、プシュケの無線周波数送信機と通信した後、地球と太陽の間の距離の 1.5 倍に相当する 1 億 4,000 万マイル (2 億 2,600 万キロメートル) 以上の距離から工学データのコピーを送信しました。

この成果は、宇宙船が将来どのように光通信を使用し、複雑な科学情報や高解像度の画像やビデオの高速通信を可能にし、人類の次の大きな飛躍、つまり人類を宇宙に送り出すことを支援する方法を垣間見ることができる。 火星。

この視覚化は、DSOC 航空レーザー トランシーバーが 1 億 4,000 万マイルの範囲にわたって地球上のダウンリンク ステーションに 25 メガビット/秒の速度でデータを送信した 4 月 8 日のプシュケ宇宙船の位置を示しています。 画像出典: NASA/JPL-カリフォルニア工科大学

「4月8日のフライバイ中に、約10分間の重複宇宙船データを配信しました」と、南カリフォルニアにあるNASAのジェット推進研究所でプロジェクト運営責任者を務めるミーラ・スリニバサン氏は語った。 「それまで、私たちはプシュケからのダウンリンクでテストおよび診断データを送信していました。これは、光通信が宇宙船の無線周波数通信システムとどのように相互作用できるかを示すことで、このプロジェクトにとって重要なマイルストーンとなります。」

このデモンストレーションにおけるレーザー通信技術は、今日の深宇宙ミッションで使用されている現代の無線周波数システムよりも 10 ～ 100 倍の速度で深宇宙からデータを送信するように設計されています。

2023 年 10 月 13 日に打ち上げられた後、この宇宙船は、火星と地球の間の主要な小惑星帯への旅の間、無傷で安定した状態を保ちます。 木星 小惑星の自分を訪ねることに。

期待を超える

NASA の光通信のデモンストレーションでは、レーザー トランシーバーの近赤外線ダウンリンク レーザーから最大 267 メガビット/秒 (Mbps) の速度でテスト データを送信できることが示されました。これは、ブロードバンド インターネットのダウンロード速度と同様のビット レートです。

これは 2023 年 12 月 11 日に達成され、実験では 1,900 万マイル (3,100 万キロメートル、地球と月の間の距離の約 80 倍) の距離から 15 秒の高解像度ビデオが地球に送信されました。 アリゾナ州立大学のデジタル版を含むビデオと他のテストデータ 心理的にインスピレーションを受けた このアートワークは、昨年の Psyche の打ち上げに先立って、航空レーザー トランシーバー (下の画像を参照) にアップロードされました。

深宇宙光通信 (DSOC) レーザー トランシーバーは、後に NASA のサイケ宇宙船と統合される箱状のハウジング内に設置される前に、2021 年 4 月に南カリフォルニアにある NASA のジェット推進研究所で展示されました。 トランシーバーは、高速データを地球に送信する近赤外線レーザー送信機と、地球から送信された低速データを受信する高感度光子計数カメラで構成されています。 トランシーバーは、宇宙船の振動から光学系を安定させる一連の支柱とアクチュエーター (この画像に示されています) に取り付けられています。 画像出典: NASA/JPL-カリフォルニア工科大学

現在、探査機は 7 倍以上離れているため、データを送受信できる速度は予想どおり低下しています。 4月8日のテスト中、探査機は最大25Mbpsの速度でテストデータを送信したが、その距離で少なくとも1Mbpsが達成できることを証明するというプロジェクトの目標をはるかに上回った。

プロジェクト チームはまた、Psyche によって生成されたデータを光学的に送信するようにトランシーバーに指示しました。 Psyche が無線周波数チャネルを介して NASA の深宇宙ネットワーク (DSN) にデータを送信している間、光通信システムは同時に同じデータの一部をカリフォルニア州サンディエゴ郡にあるカリフォルニア工科大学パロマー天文台のヘイル望遠鏡に送信しました。ダウンリンク地球局技術のデモンストレーション。

「DSN とパロマーからデータを受け取った後、関連データを視覚的に検証しました。 ジェット推進研究室JPLのプロジェクト飛行運用責任者、ケン・アンドリュース氏はこう語った。 「短期間に転送されたデータは少量でしたが、現在それを行っているという事実は、私たちの期待をすべて上回っています。」

レーザーを使った楽しみ

Psyche の発売後、光通信デモは当初、データを含むプリロードされたデータをリンクするために使用されました。 テイターズ猫のビデオ。 それ以来、このプロジェクトはトランシーバーが以下からデータを受信できることを証明してきました。 高出力アップリンクレーザー カリフォルニア州ライトウッド近郊にあるJPLのテーブルマウンテン施設にて。 このプロジェクトが最近の「変換実験」で実証したように、データをトランシーバーに送信し、その夜に地球にリンクして戻すこともできる。

この実験では、テスト データとペットのデジタル写真が Psyche に送信され、往復で最大 2 億 8,000 万マイル (4 億 5,000 キロメートル) の距離を往復しました。 また、光通信リンクの特性を研究するための技術デモンストレーション用の大量のエンジニアリング データも送信されました。

「私たちは、空が晴れているときにシステムをどこまで推進できるかについて多くのことを学びました。 嵐 「彼らはテーブルマウンテンとパロマーの両方で時々業務を停止した」とJPLのプロジェクト受信機エレクトロニクス責任者ライアン・ロガリン氏は語った。 (無線周波数通信はほとんどの気象条件で動作しますが、光通信は高帯域幅のデータを送信するために比較的晴天を必要とします。)

NASA の深宇宙ネットワークの一部である、カリフォルニアのゴールドストーン施設にある深宇宙ステーション 13 は、光学チップを備えた改修された実験用アンテナです。 当初、この概念実証では、深宇宙からの無線周波数信号とレーザー信号を同時に受信しました。 画像出典: NASA/JPL-カリフォルニア工科大学

JPLは最近、カリフォルニア州バーストーにあるDSNのゴールドストーン深宇宙通信施設にある実験用高周波光アンテナであるパロマーと、テーブルマウンテンにある検出器を組み合わせて同じ信号を一斉に受信する実験を主導した。 1 つの大型受信機を模倣するように複数の地上局を「配置」すると、深宇宙信号を増強するのに役立ちます。 この戦略は、気象条件により地上局が強制的にオフラインになった場合にも役立ちます。 他のステーションは引き続き信号を受信できます。

ミッションの詳細

JPLが管理するこのデモンストレーションは、NASAの技術デモンストレーションミッション（TDM）プログラムと、NASAの宇宙運用ミッション総局内のSCaN（宇宙通信および航法）プログラムによって資金提供された一連の光通信実験の最新のものである。 航空レーザートランシーバーの開発は次の支援を受けています。 マサチューセッツ工科大学 リンカーン研究所、L3 Harris、CACI、First Mode、Controlled Dynamics Inc.、Fibretek、Coherent、および Dotfast は地上システムをサポートしています。 このテクノロジーの一部は、NASA の中小企業イノベーション研究プログラムを通じて開発されました。

アリゾナ州立大学はサイケのミッションを主導しています。 JPL は、全体的なミッション管理、システム エンジニアリング、統合とテスト、およびミッション運用を担当します。 プシュケは、NASAの科学ミッション総局のもとでの探査プログラムの一環として選ばれた14番目のミッションであり、アラバマ州ハンツビルにあるNASAのマーシャル宇宙飛行センターが管理している。 NASA の打ち上げサービス プログラムは、フロリダ州のケネディ宇宙センターに本部を置き、打ち上げサービスを管理しました。 Maxar Technologies は、カリフォルニア州パロアルトから高エネルギー太陽光発電推進宇宙船シャーシを提供しました。