NASA faz experiências com sucesso com antenas ópticas, abrindo um novo capítulo nas comunicações a laser no espaço profundo

Recentemente, a NASA anunciou que uma antena híbrida em sua Deep Space Network (DSN) rastreou e decodificou com sucesso sinais de laser infravermelho próximo da espaçonave “Prosaica”.
Esta antena experimental não só tem a capacidade de receber sinais de RF, mas também realiza com sucesso a recepção e processamento de sinais ópticos, o que oferece novas possibilidades para o desenvolvimento de tecnologia de comunicação a laser no espaço profundo.
Neste experimento, a antena travou com sucesso os sinais de RF e laser infravermelho próximo emitidos pela espaçonave Psyker durante seu vôo no espaço, demonstrando o potencial da antena parabólica gigante do DSN para fazer a transição para comunicações ópticas/laser. Esta transição não só melhorará a exploração espacial, mas também fornecerá um suporte mais robusto para redes do espaço profundo à medida que os requisitos de rede aumentam.
A antena híbrida, denominada Deep Space Station 13, está localizada no Goldstone Deep Space Communications Center, perto de Barstow, Califórnia. Desde novembro de 2023, ele rastreia lasers de downlink para demonstração da tecnologia Deep Space Optical Communications (DSOC) da NASA. O transceptor laser voador para esta demonstração de tecnologia está a bordo do lançamento da espaçonave Psyker pela agência em 13 de outubro de 2023.
Os programas DSN, DSOC e Psyche são todos gerenciados pelo Jet Propulsion Laboratory (JPL) da NASA no sul da Califórnia. "Logo após o início da demonstração da tecnologia, nossa antena híbrida travou com sucesso e de forma confiável o downlink DSOC e captou o sinal de radiofrequência Psyche. Este é um marco para nossas primeiras comunicações sincronizadas de rádio e frequência óptica no espaço profundo."
No final de 2023, a antena híbrida baixou dados da espaçonave Pursek, que está a 20 milhões de milhas (32 milhões de quilômetros) de distância, a uma taxa de 15,63 megabits por segundo, o que é cerca de 40 vezes mais rápido do que as comunicações de radiofrequência no mesma distância. Em 1º de janeiro de 2024, a antena baixou com sucesso outra foto da equipe que havia sido carregada no DSOC antes do lançamento do Psyker.
Mecanismos específicos
Para permitir a detecção de fótons laser, sete espelhos segmentados ultraprecisos são montados dentro da antena híbrida. Esses espelhos imitam a abertura de coleta de luz de um telescópio com abertura de 3,{3}}pés (1-metros) e, à medida que os fótons do laser alcançam a antena, cada espelho reflete os fótons e os redireciona precisamente para um ponto alto. câmera de exposição. Os sinais de laser coletados pela câmera são então transmitidos via fibra óptica para um detector de fóton único de nanofio semicondutor resfriado criogenicamente, que foi projetado e construído pelo Laboratório de Microdispositivos do Laboratório de Propulsão a Jato (JPL).
Barzia Tehrani, vice-gerente e gerente de entrega de sistemas terrestres de comunicações de antenas híbridas do JPL, disse: "Este é um sistema óptico altamente compatível construído em uma estrutura flexível de 34- metros. Usamos um sistema de espelhos, sensores de precisão e câmeras para alinhe e guie ativamente a luz do laser do espaço profundo para a fibra óptica que atinge o detector."
Ele também revelou que a equipe espera que no futuro a antena seja capaz de detectar sinais de laser emanados de Marte em seu ponto mais distante da Terra (2,5 vezes a distância do Sol à Terra). Psyker alcançará esta distância em junho, viajando para o principal cinturão de asteroides entre Marte e Júpiter para investigar o asteroide Psyker, rico em metais.
O espelho de sete segmentos na antena é uma prova de conceito que permitirá o uso futuro de um espelho de segmento 64-muito maior e mais poderoso - o equivalente a um 26-pé ({{ Telescópio com abertura de 6}} metros).
Soluções de infraestrutura
O DSOC está abrindo caminho para comunicações com taxas de dados mais altas, capazes de transmitir informações científicas complexas, vídeos e imagens de alta definição em apoio ao próximo salto gigante da humanidade: enviar humanos a Marte. Uma demonstração recente da tecnologia transmitiu com sucesso o primeiro vídeo de ultra-alta definição do espaço exterior a uma taxa de bits recorde, marcando um grande avanço nas comunicações no espaço profundo.
A DSN (Deep Space Network) possui 14 locais ao redor do mundo, localizados na Califórnia, Madrid e Canberra, na Austrália. Essas antenas híbridas são capazes de receber grandes quantidades de dados usando comunicações ópticas, complementadas por radiofrequências para receber dados de menor largura de banda, como dados de telemetria (incluindo informações de saúde e posição da espaçonave).