Лазерный луч до Марса: новая технология изменит связь с дальним космосом

За два года экспериментальная технология оптической связи в дальнем космосе (DSP) НАСА не только достигла, но и превзошла все свои технические цели, заложив фундамент для создания высокоскоростной системы связи будущих пилотируемых миссий на Марс. Установленная на борту космического аппарата «Психея», эта система успешно доказала, что данные, закодированные в лазерных лучах, можно надежно передавать, принимать и декодировать после преодоления миллионов километров, на расстояниях, сопоставимых с марсианскими.

Ключевым достижением проекта стала демонстрация рекордной скорости передачи данных, сравнимой с домашним широкополосным интернетом. Это позволило осуществить историческую потоковую передачу видео сверхвысокой четкости на Землю с расстояния более 30 миллионов км 11 декабря 2023 года. Максимальная скорость передачи при этом достигла 267 мегабит в секунду. Далее, 3 декабря 2024 года, проект установил новый рекорд дальности, передав данные с расстояния в 495 миллионов км, что превышает среднюю дистанцию между Землей и Марсом. В общей сложности наземные терминалы приняли 13.6 терабит данных с «Психеи». Теперь на Земле получили 65-й и последний лазерный сигнал с расстояния 350 миллионов километров.

Принцип работы технологии основан на лазерном трансивере на космическом аппарате и сети наземных станций. Мощный 3-киловаттный лазер на комплексе Столовая гора в Калифорнии передает сигнал к «Психее», помогая бортовому оборудованию точно нацелить ответный лазерный луч обратно на Землю. Учитывая колоссальные скорости движения и расстояния, для установления связи требуется высочайшая точность наведения, так как даже свету требуются минуты для преодоления дистанции.

Основной приемной станцией выступает 200-дюймовый телескоп в Паломарской обсерватории, чья большая светособирающая площадь позволяет улавливать чрезвычайно слабые фотоны после их многомиллиономильного путешествия.

Эти фотоны затем направляются на высокочувствительную матрицу детекторов для декодирования информации. Проект успешно преодолел многочисленные операционные трудности, включая неблагоприятные погодные условия и лесные пожары, которые нарушали работу наземных станций.

Эксперимент также включал инновационные подходы, такие как тестирование гибридной радиочастотно-оптической антенны в Голдстоуне, способной одновременно принимать оба типа сигналов. Кроме того, для улучшения приема слабых сигналов и обеспечения резервирования применялся метод «решетки», при котором один и тот же сигнал принимался несколькими телескопами одновременно.

Как отметили представители НАСА, эта технология открывает путь к «золотому веку исследований», позволяя астронавтам будущего передавать на Землю изображения высокого разрешения и ценные данные с Луны и Марса с беспрецедентной скоростью. Демонстрация, финансируемая Программой демонстрационных технологий, реализуемой в Центре космических полетов имени Маршалла НАСА, знаменует собой значительный шаг в эволюции космической связи, дополняя традиционные радиочастотные системы мощью и преимуществами лазерных технологий.

Присоединяйтесь к нам в соцсетях