Capaz de recibir señales ópticas y de radiofrecuencia, la antena híbrida del DSN ha rastreado y decodificado el láser de enlace descendente del DSOC, a bordo de la misión Psyche de la NASA.
Una antena experimental ha recibido señales láser de radiofrecuencia y de infrarrojo cercano procedentes de la NASA. Psique nave espacial mientras viaja a través del espacio profundo. Esto muestra que es posible que las antenas parabólicas gigantes de la Red de Espacio Profundo de la NASA (DSN), que se comunican con las naves espaciales a través de ondas de radio, que se adaptarán para comunicaciones ópticas o láser.
Al incluir más datos en las transmisiones, la comunicación óptica permitirá nuevas capacidades de exploración espacial y al mismo tiempo respaldará el DSN según la demanda en la red. crece.
La antena híbrida óptica de radiofrecuencia de 34 metros (112 pies), llamada Estación Espacial Profunda 13, ha rastreado el láser de enlace descendente de Deep Space Optical Communications de la NASA (DSOC) demostración de tecnología desde noviembre de 2023. La demostración tecnológica transceptor láser de vuelo viaja con la nave espacial Psyche de la agencia, que lanzado el 13 de octubre de 2023.
La antena híbrida está ubicada en el Complejo de Comunicaciones del Espacio Profundo Goldstone del DSN, cerca de Barstow, California, y no forma parte del experimento DSOC. El DSN, DSOC y Psyche están gestionados por el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA en el sur de California.
«Nuestra antena híbrida ha podido bloquear y rastrear de manera exitosa y confiable el enlace descendente DSOC desde poco después del lanzamiento de la demostración técnica», dijo Amy Smith, subdirectora de DSN en JPL. «También recibió la señal de radiofrecuencia de Psyche, por lo que hemos demostrado por primera vez comunicaciones síncronas de radio y frecuencia óptica en el espacio profundo».
A finales de 2023, la antena híbrida transmitió datos desde 32 millones de kilómetros (20 millones de millas) de distancia a una velocidad de 15,63 megabits por segundo, aproximadamente 40 veces más rápido que las comunicaciones por radiofrecuencia a esa distancia. El 1 de enero de 2024, la antena transmitió una fotografía del equipo que se había subido al DSOC antes del lanzamiento de Psyche.
Para detectar los fotones del láser (partículas cuánticas de luz), se colocaron siete espejos segmentados ultraprecisos en el interior de la superficie curva de la antena híbrida. Parecido al espejos hexagonales del Telescopio Espacial James Webb de la NASA, estos segmentos imitan la apertura de recolección de luz de un telescopio de 3,3 pies (1 metro) de apertura. A medida que los fotones láser llegan a la antena, cada espejo refleja los fotones y los redirige con precisión hacia una cámara de alta exposición conectada al subreflector de la antena suspendida sobre el centro del plato.
La señal láser recopilada por la cámara luego se transmite a través de una fibra óptica que alimenta un detector de fotón único de nanocables semiconductores enfriado criogénicamente. Diseñado y construido por JPL Laboratorio de Microdispositivosel detector es idéntico para el uno utilizado en el Observatorio Palomar de Caltech, en el condado de San Diego, California, que actúa como estación terrestre de enlace descendente de DSOC.
«Es un sistema óptico de alta tolerancia construido sobre una estructura flexible de 34 metros», dijo Barzia Tehrani, subdirector de sistemas terrestres de comunicaciones y director de entrega de la antena híbrida del JPL. «Utilizamos un sistema de espejos, sensores precisos y cámaras para alinear y dirigir activamente el láser desde el espacio profundo hacia una fibra que llega al detector».
Teherani espera que la antena sea lo suficientemente sensible como para detectar la señal láser enviada desde Marte en su punto más alejado de la Tierra (2 ½ veces la distancia entre el Sol y la Tierra). Psyche estará a esa distancia en junio en su camino hacia el cinturón de asteroides principal entre Marte y Júpiter para investigar el asteroide Psyche rico en metales.
El reflector de siete segmentos de la antena es una prueba de concepto para una versión ampliada y más potente con 64 segmentos (el equivalente a un telescopio de 8 metros de apertura) que podría usarse en el futuro.
DSOC está allanando el camino para comunicaciones de mayor velocidad de datos capaces de transmitir información científica compleja, videos e imágenes de alta definición en apoyo del próximo gran salto de la humanidad: enviar humanos a marte. La demostración tecnológica reciente transmitido el primer vídeo de ultra alta definición desde el espacio profundo a velocidades de bits récord.
Reequipar las antenas de radiofrecuencia con terminales ópticos y construir antenas híbridas especialmente diseñadas podría ser una solución a la actual falta de una infraestructura óptica terrestre dedicada. El DSN cuenta con 14 antenas distribuidas en instalaciones de California, Madrid y Canberra, Australia. Las antenas híbridas podrían depender de comunicaciones ópticas para recibir grandes volúmenes de datos y utilizar frecuencias de radio para datos que requieran menos ancho de banda, como la telemetría (información de salud y posición).
«Durante décadas, hemos estado agregando nuevas frecuencias de radio a las antenas gigantes del DSN ubicadas en todo el mundo, por lo que el siguiente paso más factible es incluir frecuencias ópticas», dijo Tehrani. “Podemos tener un activo haciendo dos cosas al mismo tiempo; convirtiendo nuestras vías de comunicación en autopistas y ahorrando tiempo, dinero y recursos”.
DSOC es la última de una serie de demostraciones de comunicaciones ópticas financiadas por el programa de Misiones de Demostración de Tecnología (TDM) de la NASA y el programa de Navegación y Comunicaciones Espaciales (SCaN) de la agencia. JPL, una división de Caltech en Pasadena, California, gestiona DSOC para TDM dentro de la Dirección de Misiones de Tecnología Espacial de la NASA y SCaN dentro de la Dirección de Misiones de Operaciones Espaciales de la agencia.
Para obtener más información sobre los proyectos de comunicaciones ópticas de la NASA, visite:
https://www.nasa.gov/lasercomms/
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Ian J. O’Neill
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