El experimento DSOC de la NASA a bordo de la nave espacial Psyche demostró con éxito la comunicación óptica más distante jamás realizada, utilizando un láser de infrarrojo cercano, a 16 millones de kilómetros de distancia. Este hito, gestionado por el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA, marca un avance significativo en la tecnología de las comunicaciones espaciales y promete mayores velocidades de transmisión de datos para futuras misiones al espacio profundo. Crédito: NASA/JPL-Caltech
DSOC, un experimento que podría transformar la forma en que se comunican las naves espaciales, ha logrado la «primera luz», enviando datos mediante láser hacia y desde mucho más allá de la Luna por primera vez.
El experimento de Comunicaciones Ópticas en el Espacio Profundo (DSOC) de la NASA envió un láser de infrarrojo cercano codificado con datos de prueba desde casi 10 millones de millas (16 millones de kilómetros) de distancia (unas 40 veces más lejos que la Luna de la Tierra) al Telescopio Hale de Caltech en Palomar. Observatorio en el condado de San Diego, California. Esta es la demostración más lejana de las comunicaciones ópticas.
A bordo de la nave espacial Psyche recientemente lanzada, DSOC está listo para enviar datos de prueba de gran ancho de banda a la Tierra durante su demostración tecnológica de dos años mientras Psyche viaja al cinturón de asteroides principal entre Marte y Júpiter. El Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA (JPL_ en el sur de California gestiona DSOC y Psyche.
La nave espacial Psyche de la NASA se muestra en una sala limpia en las instalaciones de Operaciones Espaciales de Astrotech cerca del Centro Espacial Kennedy de la agencia en Florida el 8 de diciembre de 2022. Se puede ver el transceptor de vuelo láser con tapa dorada de DSOC, cerca del centro, conectado a la nave espacial. Crédito: NASA/Ben Smegelsky
La demostración técnica alcanzó las “primeras luces” en las primeras horas del 14 de noviembre, después de que su transceptor láser de vuelo, un instrumento de última generación (ver imagen a continuación) a bordo de Psyche capaz de enviar y recibir señales de infrarrojo cercano, se bloqueara en una potente baliza láser de enlace ascendente. transmitido desde el Laboratorio del Telescopio de Comunicaciones Ópticas en las instalaciones de Table Mountain del JPL cerca de Wrightwood, California. La baliza de enlace ascendente ayudó al transceptor a dirigir su láser de enlace descendente de regreso a Palomar (que está a 100 millas, o 130 kilómetros, al sur de Table Mountain), mientras que los sistemas automatizados en el transceptor y las estaciones terrestres ajustaron su orientación.
El transceptor láser de vuelo de demostración de tecnología de Comunicaciones Ópticas del Espacio Profundo (DSOC) se muestra en el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA en el sur de California en abril de 2021, antes de ser instalado dentro de su recinto en forma de caja que luego se integró en la nave espacial Psyche de la NASA. El transceptor consta de un transmisor láser de infrarrojo cercano para enviar datos de alta velocidad a la Tierra y una cámara sensible de conteo de fotones para recibir datos de baja velocidad transmitidos desde la Tierra. El transceptor está montado sobre un conjunto de soportes y actuadores (como se muestra en esta fotografía) que estabilizan la óptica de las vibraciones de la nave espacial. Crédito: NASA/JPL-Caltech
“Lograr la primera luz es uno de los muchos hitos críticos para DSOC en los próximos meses, allanando el camino para comunicaciones de mayor velocidad de datos capaces de enviar información científica, imágenes de alta definición y transmisión de video en apoyo del próximo gran salto de la humanidad: enviar humanos a Marte”, dijo Trudy Kortes, directora de Demostraciones Tecnológicas en la sede de la NASA en Washington.
Los datos de prueba también se enviaron simultáneamente a través de los láseres de enlace ascendente y descendente, un procedimiento conocido como «cierre de enlace» que es el principal objetivo del experimento. Aunque la demostración de tecnología no transmite datos de la misión Psyche, trabaja en estrecha colaboración con el equipo de apoyo de la misión Psyche para garantizar que las operaciones DSOC no interfieran con las de la nave espacial.
Obtenga más información sobre cómo se utilizará DSOC para probar por primera vez la transmisión de datos de gran ancho de banda más allá de la Luna y cómo podría transformar la exploración del espacio profundo. Crédito: NASA/JPL-Caltech/ASU
«La prueba del martes por la mañana fue la primera en incorporar completamente las capacidades terrestres y el transceptor de vuelo, lo que requirió que los equipos de operaciones DSOC y Psyche trabajaran juntos», dijo Meera Srinivasan, líder de operaciones DSOC en JPL. “Fue un desafío formidable y tenemos mucho trabajo por hacer, pero en poco tiempo logramos transmitir, recibir y decodificar algunos datos”.
Antes de este logro, el proyecto necesitaba comprobar varios otros hitos, desde retirar la cubierta protectora del transceptor láser de vuelo hasta encender el instrumento. Mientras tanto, la sonda Psyche está llevando a cabo sus propias comprobaciones, incluido el encendido de sus sistemas de propulsión y la prueba de los instrumentos que se utilizarán para estudiar el asteroide Psyche cuando llegue allí en 2028.
El equipo de operaciones del transceptor láser de vuelo de demostración de tecnología de Comunicaciones Ópticas del Espacio Profundo (DSOC) de la NASA trabaja en el área de apoyo a la misión Psyche en el JPL en las primeras horas del 14 de noviembre, cuando el proyecto alcanzó la «primera luz». Crédito: NASA/JPL-Caltech
Primera luz y primeros bits.
Con la primera luz exitosa, el equipo DSOC ahora trabajará en refinar los sistemas que controlan el láser de enlace descendente a bordo del transceptor. Una vez logrado, el proyecto puede comenzar a demostrar el mantenimiento de la transmisión de datos de gran ancho de banda desde el transceptor a Palomar a varias distancias de la Tierra. Estos datos toman la forma de bits (las unidades de datos más pequeñas que una computadora puede procesar) codificados en fotones láser: partículas cuánticas de luz. Después de que un conjunto especial de detectores superconductores de alta eficiencia (ver imagen a continuación) detecta los fotones, se utilizan nuevas técnicas de procesamiento de señales para extraer datos de los fotones individuales que llegan al Telescopio Hale.
Aquí se muestra una copia idéntica del detector de fotón único de nanocables superconductor de Deep Space Optical Communications, o DSOC, que está conectado al Telescopio Hale de 200 pulgadas (5,1 metros) ubicado en el Observatorio Palomar de Caltech en el condado de San Diego, California. Construido por el Laboratorio de Microdispositivos del Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA en el sur de California, el detector está diseñado para recibir señales láser del infrarrojo cercano del transceptor de vuelo DSOC que viaja con la misión Psyche de la NASA al espacio profundo como parte de la demostración de tecnología. Crédito: NASA/JPL-Caltech
El experimento DSOC tiene como objetivo demostrar velocidades de transmisión de datos entre 10 y 100 veces superiores a las de los sistemas de radiofrecuencia de última generación utilizados por las naves espaciales en la actualidad. Las comunicaciones por radio y láser en el infrarrojo cercano utilizan ondas electromagnéticas para transmitir datos, pero la luz del infrarrojo cercano agrupa los datos en ondas significativamente más estrechas, lo que permite que las estaciones terrestres reciban más datos. Esto ayudará a futuras misiones de exploración humana y robótica y respaldará instrumentos científicos de mayor resolución.
«Las comunicaciones ópticas son una bendición para los científicos e investigadores que siempre quieren más de sus misiones espaciales y permitirán la exploración humana del espacio profundo», dijo el Dr. Jason Mitchell, director de la División de Comunicaciones Avanzadas y Tecnologías de Navegación del Departamento de Comunicaciones. y navegación espacial de la NASA. (Escanear). «Más datos significan más descubrimientos».
Aunque se ha demostrado la comunicación óptica en la órbita terrestre baja y en la Luna, DSOC es la primera prueba en el espacio profundo. Al igual que utilizar un puntero láser para seguir una moneda en movimiento a un kilómetro de distancia, apuntar un rayo láser a millones de kilómetros requiere una “apuntación” extremadamente precisa.
Los operadores de transmisores láser terrestres DSOC posan para una fotografía en el Laboratorio del Telescopio de Comunicaciones Ópticas en las instalaciones del JPL en Table Mountain cerca de Wrightwood, California, poco después de que la demostración de tecnología alcanzara la «primera luz» el 14 de noviembre. Crédito: NASA/JPL-Caltech
La demostración también debe compensar el tiempo que tarda la luz en viajar desde la nave espacial hasta la Tierra a grandes distancias: a la distancia más alejada de Psyche de nuestro planeta, los fotones del infrarrojo cercano de DSOC tardarán unos 20 minutos en viajar de regreso (tardaron unos 20 minutos). 50 minutos). segundos en viajar de Psyche a la Tierra durante la prueba del 14 de noviembre). Durante este tiempo, tanto la nave espacial como el planeta se habrán movido, por lo que los láseres de enlace ascendente y descendente deben adaptarse al cambio de ubicación.
“Lograr la primera luz es un logro tremendo. Los sistemas terrestres detectaron con éxito fotones láser del espacio profundo procedentes del transceptor de vuelo DSOC a bordo de Psyche”, dijo Abi Biswas, tecnólogo del proyecto DSOC en el JPL. «Y también pudimos enviar algunos datos, lo que significa que pudimos intercambiar ‘trozos de luz’ hacia y desde el espacio profundo».
Más sobre la misión
DSOC es la última de una serie de demostraciones de comunicaciones ópticas financiadas por la Dirección de Misiones de Tecnología Espacial de la NASA y el programa de Navegación y Comunicaciones Espaciales (SCaN) dentro de la Dirección de Misiones de Operaciones Espaciales de la agencia.
La misión Psyche está dirigida por la Universidad Estatal de Arizona. JPL es responsable de la gestión general de la misión, la ingeniería de sistemas, la integración y pruebas, y las operaciones de la misión. Psyche es la decimocuarta misión seleccionada como parte del Programa Discovery de la NASA bajo la Dirección de Misiones Científicas, administrada por el Centro Marshall de Vuelos Espaciales de la agencia en Huntsville, Alabama. El Programa de Servicios de Lanzamiento de la NASA, con sede en el Centro Espacial Kennedy de la agencia, gestionó el servicio de lanzamiento. Maxar Technologies en Palo Alto, California, proporcionó el chasis para la nave espacial de propulsión eléctrica solar de alta potencia.
