NASA Berjaya Bereksperimen Dengan Antena Optik, Membuka Bab Baharu dalam Komunikasi Laser Angkasa Dalam

Baru-baru ini, NASA mengumumkan bahawa antena hibrid dalam Rangkaian Angkasa Dalam (DSN) telah berjaya menjejak dan menyahkod isyarat laser dekat inframerah daripada kapal angkasa "Prosaic".
Antena eksperimen ini bukan sahaja mempunyai keupayaan untuk menerima isyarat RF, tetapi juga berjaya merealisasikan penerimaan dan pemprosesan isyarat optik, yang menyediakan kemungkinan baru untuk pembangunan teknologi komunikasi laser ruang dalam.
Dalam eksperimen ini, antena berjaya dikunci pada RF dan isyarat laser dekat inframerah yang dipancarkan oleh kapal angkasa Psyker semasa penerbangannya jauh di angkasa lepas, menunjukkan potensi antena hidangan gergasi DSN untuk beralih kepada komunikasi optik/laser. Peralihan ini bukan sahaja akan meningkatkan penerokaan angkasa lepas, tetapi juga akan menyediakan sokongan yang lebih mantap untuk rangkaian angkasa dalam apabila keperluan rangkaian berkembang.
Antena hibrid itu, dinamakan Deep Space Station 13, terletak di Goldstone Deep Space Communications Centre berhampiran Barstow, California. Sejak November 2023, ia telah menjejaki laser pautan bawah untuk demonstrasi teknologi Komunikasi Optik Angkasa Dalam (DSOC) NASA. Transceiver laser terbang untuk demonstrasi teknologi ini berada di atas kapal pelancaran kapal angkasa Psyker agensi pada 13 Oktober 2023.
Program DSN, DSOC dan Psyche semuanya diuruskan oleh Jet Propulsion Laboratory (JPL) NASA di California Selatan. "Sejurus selepas demonstrasi teknologi dimulakan, antena hibrid kami berjaya dan boleh dipercayai dikunci pada pautan ke bawah DSOC dan mengambil isyarat frekuensi radio Psyche. Ini adalah peristiwa penting untuk komunikasi ruang dalam frekuensi optik dan radio yang disegerakkan pertama kami."
Pada penghujung tahun 2023, antena hibrid memuat turun data dari kapal angkasa Pursek, yang berjarak 20 juta batu (32 juta kilometer), pada kadar 15.63 megabit sesaat, iaitu kira-kira 40 kali lebih pantas daripada komunikasi frekuensi radio sepanjang jarak yang sama. Menjelang 1 Januari 2024, antena telah berjaya memuat turun foto pasukan lain yang telah dimuat naik ke DSOC sebelum pelancaran Psyker.
Mekanisme khusus
Untuk membolehkan pengesanan foton laser, tujuh cermin bersegmen ultra-tepat dipasang di dalam antena hibrid. Cermin ini meniru apertur pengumpul cahaya bagi teleskop bukaan 3.3-kaki (1-}meter), dan apabila foton laser mencapai antena, setiap cermin memantulkan foton dan mengubah halanya dengan tepat ke kamera pendedahan. Isyarat laser yang dikumpul oleh kamera kemudiannya dihantar melalui gentian optik kepada pengesan foton tunggal semikonduktor yang disejukkan secara kriogenik, yang direka dan dibina oleh Makmal Peranti Mikro di Makmal Pendorong Jet (JPL).
Barzia Tehrani, Timbalan Pengurus dan Pengurus Penghantaran JPL untuk Sistem Ground Komunikasi Antena Hibrid, berkata, "Ini ialah sistem optik yang sangat serasi dibina pada struktur fleksibel 34-meter. Kami menggunakan sistem cermin, penderia ketepatan dan kamera untuk secara aktif menyelaraskan dan membimbing cahaya laser dari ruang dalam ke dalam gentian optik yang mencapai pengesan."
Beliau juga mendedahkan bahawa pasukan itu berharap antena itu pada masa akan datang dapat mengesan isyarat laser yang berasal dari Marikh pada titik paling jauh dari Bumi (2.5 kali jarak dari Matahari ke Bumi). Psyker akan mencapai jarak ini pada bulan Jun, mengembara ke tali pinggang asteroid utama antara Marikh dan Musytari untuk menyiasat asteroid Psyker yang kaya dengan logam.
Cermin tujuh segmen pada antena ialah bukti konsep yang akan membolehkan penggunaan masa hadapan cermin segmen 64-yang lebih besar dan lebih berkuasa-setara dengan 26-kaki ({{ 6}}meter) teleskop apertur.
Penyelesaian Infrastruktur
DSOC sedang membuka jalan untuk komunikasi kadar data yang lebih tinggi yang mampu menghantar maklumat saintifik yang kompleks, video dan imejan definisi tinggi untuk menyokong lompatan gergasi manusia seterusnya: menghantar manusia ke Marikh. Demonstrasi teknologi baru-baru ini telah berjaya menghantar video definisi ultra tinggi pertama dari angkasa lepas pada kadar bit rekod, menandakan kejayaan besar dalam komunikasi angkasa lepas.
DSN (Deep Space Network) mempunyai 14 tapak di seluruh dunia, terletak di California, Madrid dan Canberra, Australia. Antena hibrid ini mampu menerima sejumlah besar data menggunakan komunikasi optik, ditambah dengan frekuensi radio untuk menerima data lebar jalur yang lebih kecil, seperti data telemetri (termasuk maklumat kesihatan dan kedudukan kapal angkasa).