NASA протестирует систему лазерной передачи данных в космосе с потенциальной скоростью до 400 Мбит/с
Эксперимент Deep Space Optical Communications
Ключевой элемент новой системы — приёмопередатчик ближнего инфракрасного диапазона, который отправится в космос 5 октября на борту автоматической станции Psyche. Основная миссия зонда — изучение одноименного астероида, состоящего преимущественно из железа и никеля. Однако на пути к цели, которая находится в поясе астероидов между Марсом и Юпитером, инженеры намерены провести критически важные испытания технологии Deep Space Optical Communications (DSOC).
В течение двухлетнего перелёта оборудование будет тестировать связь с двумя наземными станциями в Южной Калифорнии. По оценкам NASA, лазеры DSOC способны в 10–100 раз превзойти по эффективности самые современные радиосистемы, используемые сегодня в дальнем космосе.
Почему радиоканал больше не устраивает ученых
Современные показатели передачи данных с Марса оставляют желать лучшего. Например, марсоход Perseverance передает информацию на орбитальные аппараты со скоростью до 2 Мбит/с, а зонд Reconnaissance Orbiter — от 0,5 до 4 Мбит/с. Этого достаточно для телеметрии и отдельных снимков, но катастрофически мало для потокового видео или детальных карт поверхности. Лазерная связь использует свет ближнего инфракрасного диапазона, который несет гораздо больше информации, чем радиоволны, что открывает путь к принципиально новому объему научных данных.
Инженерные вызовы: от фотонов до вибраций
Работа в дальнем космосе ставит перед разработчиками уникальные задачи. Для приема сигнала приемопередатчик DSOC будет использовать камеру зонда, прикрепленную к телескопу с апертурой 22 см. Устройство должно автоматически захватывать восходящий лазерный луч из лаборатории NASA в Райтвуде (Калифорния). Ответный сигнал будет принимать 5,1-метровый телескоп Хейла в Паломарской обсерватории, расположенный в 130 км от передатчика.
Чтобы детектор мог улавливать отдельные фотоны на фоне космического шума, он охлаждается криогенно. По мере удаления аппарата Psyche время задержки сигнала будет расти, а максимальная дистанция тестирования превысит 300 млн км. Для стабильной работы инженеры оснастили зонд специальными распорками, гасящими вибрации, которые могли бы сбить настройку лазера.
«Каждый компонент DSOC представляет собой новую технологию — от мощных лазеров восходящей линии связи до системы наведения и чрезвычайно чувствительных сенсоров. Команде пришлось разработать новые методы обработки сигналов, чтобы извлекать информацию из слабых сигналов на огромных расстояниях», — пояснил руководитель проекта DSOC Билл Клипштейн из Лаборатории реактивного движения.
Успешная демонстрация лазерной связи на околоземной орбите и на трассе Земля-Луна уже доказала концепцию, однако дальний космос — это совершенно иной уровень сложности. Астероид «Психея», к которому направляется зонд, имеет диаметр 225 км. Его изучение даст ученым уникальную информацию о формировании планетных ядер. Но именно попутная задача по тестированию DSOC может оказаться не менее значимой для будущего пилотируемых миссий. Возможность передавать на Землю не просто снимки, а полноценные видеопотоки и данные с высоким разрешением в реальном времени (с учетом задержки сигнала) кардинально изменит управление экспедициями. Сейчас скорость связи с марсоходами сравнима с медленным dial-up интернетом. Если DSOC докажет свою эффективность, к моменту высадки человека на Марс мы получим инфраструктуру, способную обеспечить не только научную связь, но и психологический комфорт для экипажа, который сможет общаться с семьей без многодневного ожидания загрузки сообщения.
