تستقبل وكالة ناسا اتصالات الليزر من مسافة تزيد عن 140 مليون ميل

ناساتعد تجربة الاتصالات البصرية في الفضاء السحيق أول تجربة تتفاعل مع نظام اتصالات المركبة الفضائية Psych وترسل البيانات الهندسية إلى الأرض.

على متن المركبة الفضائية Psyche التابعة لناسا، يواصل العرض التوضيحي لتكنولوجيا الاتصالات الضوئية في الفضاء السحيق التابع للوكالة تحطيم الأرقام القياسية. على الرغم من أن المركبة الفضائية المتجهة إلى الكويكب لا تعتمد على الاتصالات البصرية لنقل البيانات، إلا أن التكنولوجيا الجديدة أثبتت أنها على مستوى المهمة. بعد التفاعل مع جهاز إرسال الترددات الراديوية الخاص بـ Psych، نقل عرض الاتصالات الليزرية نسخة من البيانات الهندسية من مسافة 140 مليون ميل (226 مليون كيلومتر)، وهو ما يعادل مرة ونصف المسافة بين الأرض والشمس.

يوفر هذا الإنجاز لمحة عن كيفية استخدام المركبات الفضائية المستقبلية للاتصالات الضوئية لتمكين الاتصالات ذات معدل البيانات العالي للمعلومات العلمية المعقدة والصور ومقاطع الفيديو عالية الوضوح لدعم القفزة العملاقة التالية للبشرية: إرسال البشر. يوم الثلاثاء.

يُظهر هذا التصور موقع المركبة الفضائية Psych في 8 أبريل عندما قام جهاز الإرسال والاستقبال الليزري للطيران DSOC بإرسال البيانات بسرعة 25 ميجابت في الثانية إلى محطة الوصلة الهابطة على الأرض على بعد أكثر من 140 مليون ميل. مصدر الصورة: ناسا/مختبر الدفع النفاث-معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا

وقالت ميرا سرينيفاسان، التي تقود عمليات المشروع في مختبر الدفع النفاث التابع لناسا في جنوب كاليفورنيا: “خلال الإطلاق في 8 أبريل، قمنا بربط حوالي 10 دقائق من بيانات المركبة الفضائية المكررة”. إنه يمثل علامة فارقة مهمة للمشروع من خلال إظهار كيف يمكن للاتصالات الضوئية أن تتفاعل مع نظام اتصالات الترددات الراديوية للمركبة الفضائية.

تم تصميم تقنية الاتصالات الليزرية في هذا العرض التوضيحي لنقل البيانات من الفضاء السحيق بسرعات تتراوح من 10 إلى 100 مرة أسرع من أنظمة الترددات الراديوية الأكثر تطوراً التي تستخدمها مهمات الفضاء السحيق اليوم.

وبعد إطلاقها في 13 أكتوبر 2023، أصبحت المركبة الفضائية سليمة ومستقرة أثناء سفرها نحو حزام الكويكبات الرئيسي بين المريخ والمريخ. يوم الخميس لعرض دورة الكويكب.

يفوق التوقعات

أظهر عرض الاتصالات البصرية التابع لناسا أنه يمكن نقل بيانات الاختبار من ليزر الوصلة الهابطة القريبة من الأشعة تحت الحمراء لجهاز الإرسال والاستقبال الليزري على متن الطائرة بمعدل أقصى يبلغ 267 ميغابت في الثانية (Mbps) – وهو معدل بت مماثل لسرعات تنزيل الإنترنت ذات النطاق العريض.

تم تحقيق ذلك في 11 ديسمبر 2023، عندما أرسلت التجربة مقطع فيديو عالي الدقة مدته 15 ثانية إلى الأرض من مسافة 19 مليون ميل (31 مليون كيلومتر، أو حوالي 80 ضعف المسافة بين الأرض والقمر). فيديو يحتوي على بيانات تجريبية أخرى، بما في ذلك الإصدارات الرقمية من جامعة ولاية أريزونا تحريض نفسي تم تحميل العمل الفني على جهاز الإرسال والاستقبال الليزري للطائرة قبل إطلاق Psych العام الماضي (انظر الصورة أدناه).

تم عرض جهاز الإرسال والاستقبال الليزري أثناء الطيران الخاص بتكنولوجيا الاتصالات البصرية في الفضاء السحيق (DSOC) في مختبر الدفع النفاث التابع لناسا في جنوب كاليفورنيا في أبريل 2021، قبل تثبيته داخل غلافه الذي يشبه الصندوق ثم دمجه في مركبة الفضاء Psyche التابعة لناسا. يتكون جهاز الإرسال والاستقبال من جهاز إرسال ليزر يعمل بالأشعة تحت الحمراء القريبة لنقل البيانات عالية السرعة إلى الأرض، وكاميرا حساسة لحساب الفوتون لتلقي البيانات منخفضة السرعة المرسلة إلى الأرض. تم تركيب جهاز الإرسال والاستقبال على مجموعة من الدعامات والمحركات – كما هو موضح في هذه الصورة – والتي تعمل على تثبيت البصريات من اهتزازات المركبة الفضائية. مصدر الصورة: ناسا/مختبر الدفع النفاث-معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا

والآن بعد أن أصبحت المركبة الفضائية أبعد سبع مرات، انخفض المعدل الذي يمكنها به إرسال واستقبال البيانات كما هو متوقع. خلال اختبار 8 أبريل، أرسلت المركبة الفضائية بيانات الاختبار بمعدل أقصى يبلغ 25 ميجابت في الثانية، وهو ما يتجاوز هدف البرنامج المتمثل في إثبات إمكانية الوصول إلى 1 ميجابت في الثانية على الأقل في تلك المسافة.

أمر فريق المشروع جهاز الإرسال والاستقبال بإرسال البيانات التي تولدها الروح بصريًا. بينما كانت Psyche ترسل البيانات إلى شبكة الفضاء السحيق (DSN) التابعة لناسا عبر ترددها الراديوي، قام نظام الاتصالات البصرية في الوقت نفسه بنقل جزء من نفس البيانات إلى تلسكوب هيل في مختبر بالومار التابع لمعهد كاليفورنيا للتكنولوجيا في مقاطعة سان دييغو، كاليفورنيا – أول تقنية تجريبي. المحطة الأرضية للوصلة الهابطة.

“بعد تلقي البيانات من DSN وPalomar، تحققنا من البيانات البصرية للوصلة الهابطة. مختبر الدفع النفاثقال كين أندروز، قائد عمليات طيران البرنامج في مختبر الدفع النفاث. “لقد تم تقييد كمية صغيرة من البيانات خلال فترة قصيرة من الزمن، ولكن حقيقة قيامنا بذلك الآن تتجاوز كل توقعاتنا.”

المرح مع الليزر

بعد إطلاق Psych، تم استخدام العرض التوضيحي للاتصالات الضوئية لربط البيانات التي تم تحميلها في البداية. فيديو القط يقرع. ومنذ ذلك الحين، أثبت المشروع أنه يمكنه استقبال البيانات من جهاز الإرسال والاستقبال ليزر الوصلة الصاعدة عالي الطاقة في منشأة Table Mountain في مختبر الدفع النفاث بالقرب من رايتوود، كاليفورنيا. وكما أظهر المشروع في “تجربة التحول” الأخيرة، يمكن نقل البيانات إلى جهاز الإرسال والاستقبال وإعادة إرسالها إلى الأرض في نفس الليلة.

أرسلت التجربة بيانات اختبارية، بالإضافة إلى صور رقمية للحيوانات الأليفة، إلى شركة Psych. لقد استخرجت كميات كبيرة من البيانات الهندسية الخاصة بـ TechDemo لدراسة خصائص اتصال الاتصالات البصرية.

“لقد تعلمنا الكثير عن المدى الذي يمكننا من خلاله دفع النظام عندما تكون السماء صافية العواصف قال ريان روجالين، قائد إلكترونيات استقبال البرنامج في مختبر الدفع النفاث: “لقد عطل في بعض الأحيان العمليات في كل من Table Mountain وPalomar”. (في حين أن اتصالات الترددات الراديوية يمكن أن تعمل في معظم الظروف الجوية، فإن الاتصالات البصرية تتطلب سماء صافية نسبيا لنقل البيانات ذات النطاق الترددي العالي.)

محطة الفضاء العميق 13 في حرم غولدستون التابع لناسا في كاليفورنيا – وهي جزء من شبكة الفضاء العميق التابعة للوكالة – عبارة عن هوائي تجريبي تم تحديثه وتحديثه بطرف بصري. أولاً، تم إثبات هذا المفهوم من خلال استقبال إشارات الترددات الراديوية والليزر من الفضاء السحيق في وقت واحد. مصدر الصورة: ناسا/مختبر الدفع النفاث-معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا

قادت JBL مؤخرًا تجربة في مجمع Goldstone Deep Space Communications Complex التابع لـ DSN في بارستو، كاليفورنيا، حيث جمعت بين هوائي بصري للترددات الراديوية التجريبية وكاشف على جبل Table Mountain لاستقبال نفس الإشارة في الحفلة الموسيقية. “سباق” محطات أرضية متعددة لتعكس جهاز استقبال كبير يمكن أن يساعد في تعزيز إشارة الفضاء السحيق. تعتبر هذه الإستراتيجية مفيدة أيضًا إذا اضطرت المحطة الأرضية إلى عدم الاتصال بالإنترنت بسبب الطقس؛ قد تستمر المحطات الأخرى في استقبال الإشارة.

المزيد عن المهمة

يعد هذا العرض، الذي يديره مختبر الدفع النفاث، الأحدث في سلسلة تجارب الاتصالات البصرية الممولة من برنامج مهام عرض التكنولوجيا (TDM) التابع لمديرية تكنولوجيا الفضاء التابعة لناسا. يتم دعم تطوير جهاز الإرسال والاستقبال الليزري للطائرات معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا مختبر لينكولن، L3 Harris، CACI، First Mode وControled Dynamics Inc.، وFibretek، Coherent وDotfast تدعم الأنظمة الأرضية. وقد تم تطوير بعض هذه التكنولوجيا من خلال برنامج أبحاث ابتكار الأعمال الصغيرة التابع لناسا.

جامعة ولاية أريزونا تقود العمل في علم النفس. مختبر الدفع النفاث مسؤول عن الإدارة العامة للمهمة، وهندسة الأنظمة، والتكامل والاختبار، وعمليات المهمة. Psyche هي المهمة الرابعة عشرة التي تم اختيارها كجزء من برنامج الاستكشاف التابع لناسا تحت إدارة المهام العلمية، والذي يديره مركز مارشال لرحلات الفضاء التابع للوكالة في هانتسفيل، ألاباما. قام برنامج خدمات الإطلاق التابع لناسا في مركز كينيدي للفضاء التابع للوكالة في فلوريدا بإدارة خدمة الإطلاق. قامت شركة Maxar Technologies بتزويد هيكل المركبة الفضائية عالية الطاقة التي تعمل بالطاقة الشمسية من بالو ألتو، كاليفورنيا.