La NASA experimenta amb èxit amb antenes òptiques, obrint un nou capítol en comunicacions làser de l'espai profund

Recentment, la NASA va anunciar que una antena híbrida de la seva xarxa d'espai profund (DSN) ha rastrejat i descodificat amb èxit els senyals làser d'infraroig proper de la nau espacial "Prosaic".
Aquesta antena experimental no només té la capacitat de rebre senyals de RF, sinó que també va realitzar amb èxit la recepció i el processament de senyals òptics, la qual cosa ofereix noves possibilitats per al desenvolupament de la tecnologia de comunicació làser de l'espai profund.
En aquest experiment, l'antena es va bloquejar amb èxit als senyals làser de RF i infrarojos propers emesos per la nau espacial Psyker durant el seu vol a les profunditats de l'espai, demostrant el potencial de l'antena parabòlica gegant de DSN per passar a comunicacions òptiques/làser. Aquesta transició no només millorarà l'exploració espacial, sinó que també proporcionarà un suport més sòlid per a les xarxes d'espai profund a mesura que creixin els requisits de la xarxa.
L'antena híbrida, anomenada Deep Space Station 13, es troba al Goldstone Deep Space Communications Center a prop de Barstow, Califòrnia. Des del novembre de 2023, fa un seguiment dels làsers d'enllaç descendent per a la demostració de tecnologia de comunicacions òptiques de l'espai profund (DSOC) de la NASA. El transceptor làser volador per a aquesta demostració tecnològica es troba a bord del llançament de l'agència el 13 d'octubre de 2023 de la nau espacial Psyker.
Els programes DSN, DSOC i Psyche estan gestionats pel Jet Propulsion Laboratory (JPL) de la NASA al sud de Califòrnia. "Poc després que s'iniciés la demostració tecnològica, la nostra antena híbrida es va bloquejar amb èxit i de manera fiable a l'enllaç descendent DSOC i va recollir el senyal de radiofreqüència Psyche. Aquesta és una fita per a les nostres primeres comunicacions sincronitzades de ràdio i freqüència òptica a l'espai profund".
A finals de 2023, l'antena híbrida va descarregar dades de la nau espacial Pursek, que es troba a 20 milions de milles (32 milions de quilòmetres) de distància, a una velocitat de 15,63 megabits per segon, que és unes 40 vegades més ràpid que les comunicacions de radiofreqüència a través del mateixa distància. L'1 de gener de 2024, l'antena havia descarregat amb èxit una altra foto de l'equip que s'havia penjat a DSOC abans del llançament del Psyker.
Mecanismes específics
Per permetre la detecció de fotons làser, es munten set miralls segmentats ultraprecisos dins de l'antena híbrida. Aquests miralls imiten l'obertura de captació de llum d'un telescopi d'obertura de 3,3-peus (1-metres) i, a mesura que els fotons làser arriben a l'antena, cada mirall reflecteix els fotons i els redirigeix ​​amb precisió a un punt alt. càmera d'exposició. Els senyals làser recollits per la càmera es transmeten a través de fibra òptica a un detector d'un sol fotó de nanofils de semiconductor refrigerat criogènicament, que va ser dissenyat i construït pel Microdevice Laboratory del Jet Propulsion Laboratory (JPL).
Barzia Tehrani, directora adjunta i responsable de lliurament de sistemes terrestres de comunicacions d'antenes híbrides de JPL, va dir: "Aquest és un sistema òptic altament compatible construït sobre una estructura flexible de 34-metre. Utilitzem un sistema de miralls, sensors de precisió i càmeres per alineeu i guieu activament la llum làser des de l'espai profund cap a la fibra òptica que arriba al detector".
També va revelar que l'equip espera que l'antena en el futur sigui capaç de detectar senyals làser que emanen de Mart al seu punt més allunyat de la Terra (2,5 vegades la distància del Sol a la Terra). Psyker arribarà a aquesta distància al juny, viatjant al cinturó d'asteroides principal entre Mart i Júpiter per investigar l'asteroide ric en metalls Psyker.
El mirall de set segments de l'antena és una prova de concepte que permetrà l'ús futur d'un mirall de 64-segments molt més gran i potent, l'equivalent a un 26-peu ({{ 6}}metre) telescopi d'obertura.
Solucions d'infraestructures
DSOC està obrint el camí per a comunicacions de major velocitat de dades capaços de transmetre informació científica complexa, vídeo i imatges d'alta definició en suport del proper salt de gegant de la humanitat: enviar humans a Mart. Una demostració recent de la tecnologia ha transmès amb èxit el primer vídeo d'ultra alta definició des de l'espai exterior a una velocitat de bits rècord, marcant un gran avenç en les comunicacions de l'espai profund.
La DSN (Deep Space Network) té 14 llocs arreu del món, situats a Califòrnia, Madrid i Canberra, Austràlia. Aquestes antenes híbrides són capaços de rebre grans quantitats de dades mitjançant comunicacions òptiques, complementades amb freqüències de ràdio per rebre dades d'ample de banda més petit, com ara dades de telemetria (incloent-hi la salut i la posició de les naus espacials).