13 октября 2023 года космический аппарат NASA Psyche был запущен с целью исследования астероида с таким же названием, Психея. Во время своего путешествия по космосу он проводит различные научные эксперименты, включая передачу информации с использованием оптического метода при помощи инфракрасного лазера. Для осуществления этой задачи космический корабль оборудован специальной системой под названием Deep Space Optical Communications (DSOC). Эта технология лазерной связи в космосе представляет собой значительный прогресс, оказываясь в 10–100 раз более эффективной, чем существующие радиочастотные методы. Недавний эксперимент с DSOC подтвердил ее перспективность, демонстрируя способность передачи и приема сигнала на расстоянии в 16 миллионов километров.
Система лазерной космической связи DSOC
Проект DSOC представляет собой разработку Лаборатории реактивного движения НАСА (JPL). Согласно задумке, данная технология нацелена на обеспечение высокоскоростной связи за пределами окололунного пространства. Аналогией можно привести использование лазерной указки для передачи сообщений, где каждый миг лазера кодирует определенную информацию. Важно отметить, что надежная и быстрая связь играет ключевую роль в перспективах освоения космических коммуникаций.
На текущий момент человечество ограничивается земной орбитой, где находится МКС, и радиосвязь достаточна для потребностей астронавтов. Однако беспилотные миссии передают данные с гораздо больших расстояний, применяя электромагнитные волны. Тем не менее, даже при максимальной скорости передачи данных в 5,2 мегабита в секунду космический аппарат Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) тратит более 7 часов на передачу всех данных своего самописца. Даже отправка одного изображения HiRISE занимает около полутора часов.
В перспективе, вероятно, возникнет потребность в устойчивой и высокоскоростной связи через пространство глубокого космоса. Это станет необходимым, например, для проведения видеотрансляций в режиме реального времени или моментальной передачи изображений высокого разрешения. Эффективная связь окажется востребованной, особенно во время пилотируемых миссий на Марс, где требуются быстрые и стабильные передачи данных.
Плюсы и минусы лазерной связи
Преимущество лазерных лучей заключается в их способности "упаковывать" больше данных в более плотные волны. В лазерном луче фотоны движутся в одном направлении при одной и той же длине волны, и в этом движении умещаются значительные объемы данных, которые передаются с выдающейся скоростью.
Важно отметить, что оптическая связь не является новым изобретением, и НАСА использовала ее ранее для передачи данных, но только в пределах околоземной орбиты. Ранее установка оптической связи на большие расстояния представляло определенные трудности.
Это обусловлено несколькими факторами. В частности, для передачи сигнала необходимо точно навести лазерный луч на приемник, и с увеличением расстояния требуется более высокая точность. Кроме того, сигнал фотонов ослабевает, что требует дополнительного времени для преодоления необходимого расстояния.
Лазерный сигнал из космоса принят на Земле
Согласно сообщению от Лаборатории реактивного движения НАСА, благодаря высокоточному маневру 14 ноября лазерный приемопередатчик на космическом аппарате Психея успешно синхронизировался с мощным маяком связи JPL. Это позволило приемопередатчику DSOC направить лазер на маяк с расстояния в 16 миллионов километров, что, к слову, в 40 раз дальше, чем расстояние до Луны.
Согласно проведенному исследованию, фотонам потребовалось приблизительно 50 секунд, чтобы пройти путь от космического корабля до Земли. Когда же аппарат достигнет максимального расстояния, лазеру потребуется 20 минут, чтобы добраться до Земли и вернуться обратно к космическому аппарату. Важно учесть, что за это время и Земля, и сам аппарат сместятся, поэтому стабильность связи требует учета данного фактора.
В рамках проведенного эксперимента система DSOC успешно осуществила передачу сигнала на Землю и его обратное получение, что представляет собой значительный достижение. Для этого в полной мере использовались наземные средства и полетный приемопередатчик, требуя согласованной работы DSOC и наземных систем.
Ученые подчеркивают, что обмен световыми лучами в глубокий космос и обратно может перевернуть представление о коммуникации в процессе исследования космоса. За краткое время команде удалось успешно передавать, получать и декодировать определенные данные. Таким образом, можно с уверенностью говорить о перспективности данной технологии связи, хотя возможно, она не полностью заменит передачу данных посредством электромагнитных волн.