Оптическая связь в дальнем космосе - Deep Space Optical Communications

Схема архитектуры планируемого прототипа Deep Space Optical Communications (DSOC)

Оптическая связь в дальнем космосе (DSOC) это лазерная система космической связи в разработке, предназначенные для повышения производительности связи от 10 до 100 раз по сравнению с текущим радиочастота технология без увеличения массы, объема или мощности.[1] DSOC сможет обеспечить высокий пропускная способность нисходящие каналы извне окололунное пространство.

Проект возглавляется НАСА Лаборатория реактивного движения (JPL) в Пасадене, Калифорния.

Обзор

Для будущих человеческих экспедиций может потребоваться постоянный поток изображений высокой четкости, прямые видеотрансляции и передача данных в реальном времени по всему миру. Глубокий космос чтобы обеспечить своевременное руководство и обновления во время дальних поездок.[1] Даже при максимальной скорости передачи данных 5,2 мегабит в секунду (Мбит / с) Марсианский разведывательный орбитальный аппарат (MRO) требуется 7,5 часов для передачи всего своего бортового регистратора и 1,5 часа для отправки одного изображения HiRISE для обработки обратно на Землю. Новые гиперспектральные формирователи изображений с высоким разрешением предъявляют дополнительные требования к их системам связи, требуя еще более высоких скоростей передачи данных.[2]

Демонстрация технологии предшественника для этого оптического трансивер планируется запустить в 2022 году на борту роботизированного Психея миссия изучить гигантский металлический астероид, известный как 16 Психея. Лазерные лучи от космического корабля будут приниматься наземным телескопом на Паломарская обсерватория В Калифорнии.[3] Лазерные лучи на космический корабль будут отправляться из меньшего телескопа в Table Mtn, Калифорния.

Дизайн

Эта новая технология будет использовать передовые лазеры в ближняя инфракрасная область (1,55 мкм[4]) из электромагнитный спектр.[1] Архитектура основана на передаче лазерного маяка с Земли для стабилизации прямой видимости и направления лазерного луча нисходящей линии связи. Кроме того, для безошибочной связи используются эффективные коды. Система должна корректировать фоновый шум (рассеянный свет) от атмосферы Земли и Солнца.[5] Ожидается, что производительность восходящего канала составит 292 кбит / с на расстоянии 0,4 AU.[6] Ширина передаваемого луча обратно пропорциональна используемой частоте, поэтому чем короче используемая длина волны, тем более узким и сфокусированным луч может быть получен.[2] Полоса пропускания нисходящего канала будет зависеть от диаметра наземного телескопа и будет меньше в дневное время.[6]

Для этого проекта были разработаны три ключевые технологии DSOC:[4][5]

  • узел изоляции и наведения космических аппаратов малой массы для работы в условиях вибрационных возмущений космических аппаратов.
  • высокоэффективный летательный лазерный передатчик;
  • пара высокоэффективных детекторов счета фотонов для полетного оптического приемопередатчика и наземного приемника (телескопа).[5]
Скорости передачи данных, необходимые для полетов в дальний космос в ближайшие десятилетия
Полетный лазерный передатчикНаземные системы
Лазер: 4 Вт
Длина волны: 1,55 мкм		Аплинк:
• Телескоп (1 м)
• Мощность 5 кВт
• Длина волны 1,064 мкм
Телескоп: апертура 22 см
Может указывать до 3 градусов Солнца		Нисходящий канал:
• 5-метровый телескоп
• Работает днем ​​и ночью
• Может указывать в пределах 12 градусов от Солнца
Масса: <29 кг[6]
Мощность: <100 Вт

Психея миссия

Демонстрация оптической связи в дальнем космосе будет включена в программу НАСА. Психея миссия, запуск которого запланирован на середину 2022 года. В Психея космический корабль исследует металлический астероид 16 Психея, достигнув пояса астероидов в 2026 году.[7][8]

Рекомендации

  1. ^ а б c Оптическая связь в дальнем космосе (DSOC). Дженнифер Харбо, НАСА Новости 24 октября 2017.
  2. ^ а б Связь в глубоком космосе. НАСА, 2017.
  3. ^ Холл, Лура, изд. (18 октября 2017 г.). ""Осветите "- Связь в дальнем космосе с помощью далеких фотонов". НАСА. Эта статья включает текст из этого источника, который находится в всеобщее достояние.
  4. ^ а б Оптическая связь в дальнем космосе (PDF). Том Главич, НАСА. 28 июля 2015 г.
  5. ^ а б c Изменение правил игры: оптическая связь в дальнем космосе (DSOC) (PDF). Лаборатория реактивного движения, НАСА.
  6. ^ а б c Оптическая связь в дальнем космосе (DSOC) (PDF). Обзорный плакат. Бисвас НАСА июль 2014 г.
  7. ^ Дэвид, Леонард (18 октября 2017 г.). «Связь в дальнем космосе с помощью далеких фотонов». НАСА / Лаборатория реактивного движения. Получено 4 ноября 2017.
  8. ^ Грейсиус, Тони (14 сентября 2017 г.). "Обзор психики". НАСА. Получено 18 сентября 2017.