DSOC, ein Experiment, das die Kommunikation von Raumfahrzeugen verändern könnte, hat erstmals Daten mithilfe eines Lasers zum und vom Mond gesendet. Die übertragenen Daten liegen in Form von Bits (den kleinsten Dateneinheiten, die ein Computer verarbeiten kann) vor, die in Laserphotonen – Quantenlichtteilchen – kodiert sind.
Das Deep Space Optical Communications (DSOC)-Experiment der NASA richtete einen Nahinfrarotlaser, der mit Testdaten codiert war, fast 10 Millionen Meilen (16 Millionen Kilometer) entfernt – etwa 40-mal weiter als der Mond von der Erde entfernt – auf das Hale-Teleskop am Palomar-Observatorium des Caltech. Dies ist die bisher weiteste Demonstration der optischen Kommunikation.
An Bord der neu gestarteten Raumsonde Psyche wird DSOC im Rahmen einer zweijährigen Technologiedemonstration Testdaten mit hohem Durchsatz zur Erde senden, während Psyche zum Hauptasteroidengürtel zwischen Mars und Jupiter reist. Das Jet Propulsion Laboratory der NASA in Südkalifornien betreibt sowohl DSOC als auch Psyche.
Eine technische Demonstration der Technologie wurde am frühen Morgen des 14. November durchgeführt, nachdem der Fluglaser-Transceiver – ein fortschrittliches Instrument an Bord der Psyche, das Nahinfrarotsignale senden und empfangen kann – auf einem von dort gesendeten Hochleistungs-Uplink-Laserbeacon entdeckt wurde Optical Telecommunications Telescope Laboratory am Table Mountain Base des Jet Propulsion Laboratory in der Nähe von Wrightwood, Kalifornien.
Das Uplink-Beacon half dem Transceiver, den Downlink-Laser zurück nach Palomar (das 100 Meilen oder 130 Kilometer südlich des Tafelbergs liegt) zu richten, während automatisierte Systeme am Transceiver und an den Bodenstationen seine Führung verfeinerten.
Die Errungenschaft ist einer der vielen wichtigen Meilensteine des DSOC in den kommenden Monaten und ebnet den Weg für höhere Datengeschwindigkeiten, mit denen wissenschaftliche Informationen, hochauflösende Bilder und Streaming-Videos übertragen werden können, um den nächsten großen Schritt der Menschheit zu unterstützen: Menschen in den Weltraum zu schicken. Mars“, sagte Trudy Cortez, Leiterin der Technologiedemonstration im NASA-Hauptquartier in Washington.
Testdaten wurden auch gleichzeitig über die Uplink- und Downlink-Laser gesendet. Dieser als „Kanalschließung“ bezeichnete Vorgang ist der Hauptzweck des Experiments. Während die Technologiedemonstration keine Daten an die Psyche-Mission übermittelt, arbeitet sie eng mit dem Unterstützungsteam der Psyche-Mission zusammen, um sicherzustellen, dass der DSOC-Betrieb den Betrieb des Raumfahrzeugs nicht beeinträchtigt.
„Der Test am Dienstagmorgen war der erste, bei dem die Bodenressourcen und der Flugtransceiver vollständig genutzt wurden, was die Zusammenarbeit der DSOC- und Psyche-Betriebsteams erforderte“, sagte Meera Srinivasan, DSOC-Betriebsleiterin bei JPL. „Es war eine große Herausforderung und wir haben noch viel Arbeit vor uns, aber in kurzer Zeit konnten wir einige Daten übertragen, empfangen und dekodieren.“
Vor diesem Erfolg musste das Projekt die Installationen in mehreren anderen Phasen überprüfen, vom Entfernen der Schutzabdeckung vom Fluglaser-Transceiver bis zum Einschalten des Instruments. Unterdessen führt die Raumsonde Psyche ihre eigenen Tests durch, darunter die Aktivierung von Antriebssystemen und Testinstrumenten, mit denen der Psyche-Asteroid untersucht werden soll, wenn er 2028 dort ankommt.
Nach einem erfolgreichen ersten Start wird das DSOC-Team nun daran arbeiten, die Systeme zu verbessern, die die Downlink-Laserausrichtung an Bord des Transceivers steuern. Sobald dies erreicht ist, kann das Projekt damit beginnen, die Unterstützung der Hochgeschwindigkeits-Datenübertragung vom Transceiver zum Palomar in verschiedenen Entfernungen von der Erde zu demonstrieren.
Diese Daten liegen in Form von Bits (den kleinsten Dateneinheiten, die ein Computer verarbeiten kann) vor, die in Laserphotonen – Quantenlichtteilchen – kodiert sind. Nachdem ein spezielles supraleitendes, hocheffizientes Detektorarray die Photonen erfasst hat, werden neue Signalverarbeitungstechniken verwendet, um Daten aus den einzelnen Photonen zu extrahieren, die am Hale-Teleskop ankommen.
Ziel des DSOC-Experiments ist es, Datenraten zu demonstrieren, die 10 bis 100 Mal schneller sind als die aktuellen Hochfrequenzsysteme, die heute auf Raumfahrzeugen verwendet werden.
Sowohl die Funk- als auch die Nahinfrarot-Laserkommunikation verwenden elektromagnetische Wellen zur Datenübertragung, Nahinfrarotlicht kombiniert Daten jedoch zu viel dichteren Wellen, sodass Bodenstationen mehr Daten empfangen können. Dies wird zukünftige menschliche und robotische Erkundungsmissionen unterstützen und wissenschaftliche Instrumente mit höherer Auflösung unterstützen.
„Optische Kommunikation ist ein Segen für Wissenschaftler und Entdecker, die immer mehr von ihren Weltraummissionen erwarten und die menschliche Erkundung des Weltraums ermöglichen werden“, sagte Dr. Jason Mitchell, Direktor des Advanced Communications and Navigation Technologies Office im Space Communications and Navigation Directorate der NASA . (SCAN)-Programm. „Mehr Daten bedeuten mehr Entdeckungen.“
Die Psyche-Mission wird von der Arizona State University geleitet. JPL ist für das gesamte Missionsmanagement, die Systemtechnik, die Integration und Tests sowie den Missionsbetrieb verantwortlich. Psyche ist die 14. Mission, die aus dem Discovery Program des Science Mission Directorate der NASA ausgewählt wurde, das vom Marshall Space Flight Center der Agentur in Huntsville, Alabama, verwaltet wird. Der Startdienst wurde vom Launch Services-Programm der NASA verwaltet, das im Kennedy Space Center der Agentur ansässig ist. Maxar Technologies in Palo Alto, Kalifornien, stattete das Chassis des Raumfahrzeugs mit einem leistungsstarken solarelektrischen Antrieb aus.