נאס"א עושה ניסויים בהצלחה עם אנטנות אופטיות, פותחת פרק חדש בתקשורת לייזר בחלל עמוק

לאחרונה, נאס"א הודיעה כי אנטנה היברידית ברשת החלל העמוק שלה (DSN) עקבה ופענחה בהצלחה את אותות הלייזר הקרוב לאינפרא אדום מהחללית "פרוזאית".
לאנטנה ניסיונית זו יש לא רק את היכולת לקלוט אותות RF, אלא גם מימשה בהצלחה את הקליטה והעיבוד של אותות אופטיים, מה שמספק אפשרויות חדשות לפיתוח טכנולוגיית תקשורת לייזר בחלל עמוק.
בניסוי זה, האנטנה ננעלה בהצלחה על אותות הלייזר RF וכמעט אינפרא אדום שנפלטו על ידי חללית Psyker במהלך טיסתה עמוק בחלל, והדגימה את הפוטנציאל של אנטנת הצלחת הענקית של DSN לעבור לתקשורת אופטית/לייזר. מעבר זה לא רק ישפר את חקר החלל, אלא גם יספק תמיכה חזקה יותר לרשתות חלל עמוק ככל שדרישות הרשת יגדלו.
האנטנה ההיברידית, בשם Deep Space Station 13, ממוקמת במרכז התקשורת של גולדסטון Deep Space שליד ברסטו, קליפורניה. מאז נובמבר 2023, היא עוקבת אחר לייזרים ב-downlink עבור הדגמת טכנולוגיית תקשורת אופטית בחלל עמוק (DSOC) של נאס"א. מקלט הלייזר המעופף להדגמת טכנולוגיה זו נמצא על סיפון השיגור של הסוכנות ב-13 באוקטובר 2023 של חללית Psyker.
התוכניות DSN, DSOC ו-Psyche מנוהלות כולן על ידי מעבדת הנעה סילון של נאס"א (JPL) בדרום קליפורניה. "זמן קצר לאחר התחלת הדגמת הטכנולוגיה, האנטנה ההיברידית שלנו ננעלה בהצלחה ובאמינות על ה-Downlink DSOC וקלטה את אות תדר הרדיו Psyche. זהו אבן דרך לתקשורת הרדיו המסונכרנת הראשונה שלנו ותדר אופטי בחלל העמוק".
בסוף 2023, האנטנה ההיברידית הורידה נתונים מהחללית Pursek, שנמצאת במרחק של 20 מיליון מיילים (32 מיליון ק"מ), בקצב של 15.63 מגה-ביט לשנייה, שהוא מהיר פי 40 בערך מתקשורת בתדר רדיו על פני אותו מרחק. עד 1 בינואר 2024, האנטנה הורידה בהצלחה תמונת צוות נוספת שהועלתה ל-DSOC לפני השקת ה-Psyker.
מנגנונים ספציפיים
כדי לאפשר זיהוי של פוטוני לייזר, שבע מראות מפולחות מדויקות במיוחד מותקנות בתוך האנטנה ההיברידית. מראות אלו מחקות את צמצם אוסף האור של טלסקופ צמצם באורך 3.3- רגל (1-מטר), וכאשר פוטוני לייזר מגיעים לאנטנה, כל מראה מחזירה את הפוטונים ומנתבת אותם בדיוק לנקודה גבוהה מצלמת חשיפה. אותות הלייזר הנאספים על ידי המצלמה מועברים לאחר מכן באמצעות סיבים אופטיים לגלאי ננו-חוטי-פוטון יחיד מקורר קריוגנית, אשר תוכנן ונבנה על ידי מעבדת המיקרו-מכשירים במעבדת הנעה סילון (JPL).
ברזיה טהרני, סגנית מנהלת ומנהלת אספקה ​​של JPL עבור מערכות קרקע היברידיות לתקשורת אנטנות, אמרה, "זוהי מערכת אופטית תואמת מאוד הבנויה על מבנה גמיש של 34-מטר. אנו משתמשים במערכת של מראות, חיישני דיוק ומצלמות כדי ליישר ולהנחות באופן פעיל את אור הלייזר מהחלל העמוק לתוך הסיב האופטי שמגיע לגלאי."
הוא גם חשף כי הצוות מקווה שהאנטנה תוכל בעתיד לזהות אותות לייזר הבוקעים ממאדים בנקודה הרחוקה ביותר שלו מכדור הארץ (פי 2.5 מהמרחק מהשמש לכדור הארץ). Psyker יגיע למרחק הזה ביוני, וייסע לחגורת האסטרואידים הראשית בין מאדים לצדק כדי לחקור את האסטרואיד העשיר במתכות Psyker.
המראה בת שבעה מקטעים באנטנה היא הוכחה לקונספציה שתאפשר שימוש עתידי במראה מקטע 64- גדולה וחזקה הרבה יותר - המקבילה ל-26-רגל ({{ 6}} מטר) טלסקופ צמצם.
פתרונות תשתית
DSOC סוללת את הדרך לתקשורת בקצב נתונים גבוה יותר המסוגלת להעביר מידע מדעי מורכב, וידאו ותמונות בחדות גבוהה לתמיכה בקפיצת המדרגה הענקית הבאה של האנושות: שליחת בני אדם למאדים. הדגמה עדכנית של הטכנולוגיה שידרה בהצלחה את הסרטון האולטרה-גבוה הראשון מהחלל החיצון בקצב סיביות שיא, מה שסימן פריצת דרך גדולה בתקשורת בחלל העמוק.
ל-DSN (Deep Space Network) יש 14 אתרים ברחבי העולם, הממוקמים בקליפורניה, מדריד וקנברה, אוסטרליה. אנטנות היברידיות אלו מסוגלות לקלוט כמויות גדולות של נתונים באמצעות תקשורת אופטית, בתוספת תדרי רדיו כדי לקבל נתוני רוחב פס קטנים יותר, כגון נתוני טלמטריה (כולל מידע בריאותי ומיקום של חללית).