NASA za pomocą sondy Psyche nawiązała pierwszy raz w historii komunikację laserową w dalekiej przestrzeni kosmicznej. Osiągnięcie to ma kluczowe znaczenie dla przyszłych misji kosmicznych.
W październiku 2023 roku NASA wysłała w kierunku Pasa Planetoid misję Psyche. Sonda ma w 2028 roku dolecieć do metalicznej planetoidy o tej samej nazwie. Celem misji jest zbadanie wyjątkowego w Układzie Słonecznym żelaznego jądra planetoidy, którego geologia może nam dużo powiedzieć o formowaniu się planet. Oprócz celów naukowych statek Psyche umożliwia ważny eksperyment technologiczny, konieczny do przyszłej eksploracji kosmosu.
Komunikacja poza bliskim otoczeniem Ziemi opiera się na antenach operujących na falach radiowych. Naukowcy chcą jednak, by w przyszłości używać do dalekiej komunikacji laserów i technologii optycznych. Może to pozwolić na zwielokrotnienie ilości możliwych do przesłania informacji. Taka zmiana jest porównywana z tym jak kiedyś na Ziemi linii telefoniczne zaczęły być zastępowane przez światłowody. Sprawa nie jest jednak prosta. Zarówna fala radiowa, jak i wiązka lasera to światło. W tym drugim przypadku mamy do czynienia ze znacznie krótszymi falami. Daje to możliwość „upakowania” większych ilości informacji, ale jest też o wiele trudniejsze. Wiązki laserowe są bardziej podatne na rozpraszanie (choćby przez kosmiczny pył), gdy światło lasera zbliży się do ziemskiej atmosfery, tu też jest bardziej podatne na absorpcję; wreszcie światło laserowe to wąska wiązka, więc znacznie trudniej ją śledzić, szczególnie gdy mamy do czynienia z sondą mknącą wiele kilometrów na sekundę względem Ziemi.
Technologia jest jednak obiecująca, dlatego NASA wykorzystuje okazję wysłania sondy Psyche, by przetestować obecnie rozwijane rozwiązania w locie poza układ Ziemia–Księżyc. Eksperyment DSOC (Deep Space Optical Communications) składa się z urządzenia nadawczo-odbiorczego na sondzie Psyche, nadajnika naziemnego i odbiornika naziemnego.
Urządzenie DSOC sondy Psyche. Źródło: NASA/JPL-Caltech
Od jej startu w październiku testowano działanie sondy Psyche i przeprowadzano przygotowania do długiego lotu. W tym samym czasie zespół pracujący nad DSOC przygotowywał się do wykonania pierwszej komunikacji – od zdjęcia pokrywy ochronnej z nadawczo-odbiorczego urządzenia laserowego po włączenie zasilania dla modułu.
14 listopada demonstracja DSOC osiągnęła „pierwsze światło”. Urządzenie na sondzie z powodzeniem odebrało potężną wiązkę laserową nadawaną z Optical Communications Telescope Laboratory w ośrodku JPL Table Mountain Facility w stanie Kalifornia. Wysłany sygnał pozwolił sondzie zlokalizować miejsce do wysłania sygnału zwrotnego w Palomar, około 130 kilometrów na południe od ośrodka nadawczego. Podczas pierwszego testu udało się osiągnąć główny cel demonstracji w tej fazie, czyli „zamknąć pętlę połączenia” – równocześnie odbierać i wysyłać sygnał do sondy. W momencie komunikacji sonda Psyche znajdowała się 16 milionów kilometrów od Ziemi (40 razy dalej niż odległość Ziemi od Księżyca). To rekordowa odległość w komunikacji laserowej.
Prototyp detektora optycznego stosowanego w naziemnym odbiorniku światła laserowego demonstracji DSOC. Źródło: NASA/JPL-Caltech
W testowej komunikacji nie są wysyłane dane naukowe czy inne konieczne do prowadzenia misji Psyche. Demonstracja jest dodatkiem do misji i zespół dba o to, by te testy nie miały wpływu na realizację głównego celu Psyche. W przyszłości jednak komunikacja laserowa może mieć kluczowe znaczenie przy dalekich misjach – szczególnie jeśli będziemy chcieli wysyłać dane wysokiej jakości, jak obrazy wysokiej rozdzielczości czy filmy. Osiągnięcie większej przepustowości będzie konieczne w przypadku planowanych misji załogowych na Marsa.
Teraz następnym krokiem dla zespołu będzie lepsze skalibrowanie nadajnika laserowego na sondzie, by odbywać dłuższe sesje komunikacyjne w różnych odległościach sondy od Ziemi. Pierwsza faza testów będzie trwała do czerwca 2024 roku, a druga zostanie przeprowadzona w 2025 roku.
Na podstawie: NASA
Opracowanie: Rafał Grabiański
Więcej informacji:
Na zdjęciu: Wizja artystyczna sondy Psyche lecącej do planetoidy o tej samej nazwie. Źródło: NASA.
