ESA finalizuje misję badań optycznych na odległość 300 milionów kilometrów.
Latem Europejska Agencja Kosmiczna przeprowadziła kampanię demonstracyjną komunikacji optycznej, wykorzystując dwie obserwatoria na Ziemi oraz misję NASA Psyche. Wszystkie cztery połączenia optyczne zakończyły się sukcesem.
Cztery z czterech! W niezwykłej demonstracji precyzji, koordynacji i nowoczesnej technologii, ESA z powodzeniem zrealizowała szereg czterech coraz bardziej złożonych połączeń w komunikacji optycznej w głębokiej przestrzeni kosmicznej z eksperymentem Deep Space Optical Communications (DSOC) NASA na pokładzie statku kosmicznego Psyche - który obecnie znajduje się ponad 300 milionów kilometrów od Ziemi.
Każde połączenie wymagało większej precyzji, dłuższych odległości i bardziej wyrafinowanych operacji, kulminując w ostatecznej transmisji, która przekraczała granice możliwości interplanetarnej komunikacji laserowej: odbierając wideo z kotem wysłane z drugiego końca układu słonecznego.
"Lekcje wyniesione z tej działalności będą na pewno przydatne w naszych przyszłych przygotowaniach. Dzięki wynikom osiągniętym podczas połączeń ESA z DSOC NASA udowodniliśmy, że Europa jest gotowa wspierać przyszłość komunikacji optycznej o wysokiej prędkości w głębokiej przestrzeni," mówi Andrea Di Mira, kierownik projektu ESA Ground Laser Transmitter (GLT), zainstalowanego w obserwatorium Kryoneri.
"Autonomiczne i odporne łącze jest kluczowe dla suwerenności, nie tylko na Ziemi, ale również w przestrzeni kosmicznej. Ta demonstracja stanowi kluczowy krok w kierunku ustanowienia europejskiego dostępu do wysokowydajnych sieci komunikacji optycznej dla Księżyca, Marsa i dalej. Połączenia optyczne będą niezbędne do obsługi ogromnych wolumenów danych, jakich oczekuje się od przyszłych misji, zarówno instytucjonalnych, jak i komercyjnych, umożliwiając uzyskiwanie danych naukowych o wyższej rozdzielczości oraz bogatszą eksplorację", mówi Mehran Sarkarati, szef Wydziału Inżynierii Stacji Ziemskich ESA i kierownik Programu ASSIGN.
"Wkład ten stanowi fundament dla zaproponowanego przez ESA programu ASSIGN (Advancing Solar System Internet and GrouNd), który zostanie zaprezentowany na posiedzeniu Rady ESA na poziomie ministrów (CM25) w listopadzie".
Pierwsze połączenie zrealizowano 7 lipca. Wieczorem przenośny nadajnik laserowy ESA, zainstalowany w obserwatorium Kryoneri w Grecji, wystrzelił wiązkę laserową w kierunku statku kosmicznego NASA Psyche.
Około piętnastu minut później, na pokładzie statku kosmicznego, eksperyment DSOC, prowadzony przez NASA Jet Propulsion Laboratory w Południowej Kalifornii, przechwycił sygnał i odpowiedział inną wiązką laserową, która została odebrana przez odbiornik laserowy ESA (GLR), zainstalowany około 37 kilometrów od pierwszego obserwatorium.
To 30-minutowe połączenie komunikacyjne oznaczało europejską historię, ponieważ był to pierwszy raz, kiedy komunikacja optyczna w głębokiej przestrzeni kosmicznej została zrealizowana z europejskiego segmentu na Ziemi. W ramach kampanii oba obserwatoria musiały zostać tymczasowo przekształcone w tandem nadajnika i odbiornika optycznego.
Podczas następnych dwóch połączeń zespół ESA starał się utrzymać ciągłe połączenie odbiorcze z statkiem kosmicznym.
"Te dwa podejścia pozwoliły nam dostarczyć najstabilniejszy możliwy sygnał laserowy do statku kosmicznego, aby mógł on niezawodnie przesyłać dane do naszego odbiornika laserowego na ziemi," mówi Clemens Heese, szef technologii optycznych ESA oraz kierownik projektu demonstracyjnego ESA DSOC.
"To działało doskonale, a przy trzecim podejściu udało nam się odebrać strumień danych o prędkości 1,3 Mbps, pochodzący z odległości około dwukrotnie większej niż odległość między Ziemią a Słońcem, i skutecznie zdekodować przychodzące dane".
To czwarte i ostatnie połączenie stanowiło wyzwanie, ponieważ GLR w obserwatorium Helmos w Grecji śledził statek kosmiczny nisko nad horyzontem, przez burzliwą atmosferę, podczas wychwytywania pojedynczych fotonów na detektorze schłodzonym tylko do 1 Kelvina.
W przeciwieństwie do poprzednich połączeń, łącze komunikacyjne zawierało nieoczekiwaną i uroczą niespodziankę - wideo z kotem ścigającym laser - wysłane z prędkością do 1,8 Mbps.
"Przy czwartym połączeniu przekroczyliśmy próg odległości dwóch jednostek astronomicznych. To wymagało szczególnie skomplikowanej operacji, która polegała na zorganizowaniu równoległych działań w GLT," mówi Andrea Di Mira.
"Tym razem, czas na okrągłą podróż wynosił około 34 minut, pozostawiając nam znacznie mniej czasu na dostosowanie kątów skierowania laserów i maksymalizację ich wydajności. Starannie zaplanowaliśmy każdy pojedynczy krok, przygotowaliśmy działania zapasowe i precyzyjnie skalibrowaliśmy każdy z naszych systemów, aby wyrównać nasze wiązki wysokiej mocy na poziomie łuku sekundowego i utrzymać je stabilnie skierowane w kierunku Psyche."
Dla czterech połączeń obserwatorium Helmos nie było tylko domem dla Odbiornika Laserowego na Ziemi. Służyło również jako główne centrum operacyjne ESA. Stamtąd zespół koordynował każdy przelot, w tym interfejs między GLR, GLT a zespołem Kurtu Wiady DSOC w JPL w Południowej Kalifornii.
"Każda regulacja musiała być przewidziana i wstępnie skoordynowana. Zespół terminala lotu w JPL nieustannie raportował nam wskaźniki mocy z statku kosmicznego, gdy wykonaliśmy ustaloną wcześniej decision tree, aby dostosować wzory skanowania i kąty wiązki," mówi Sinda Mejri, kierownik projektu ESA Ground Laser Receiver.
"To było jak prowadzenie orkiestry: każde sygnał musiał być idealnie wyczaszony, aby każda decyzja przybliżała nas do optymalnego punktu maksymalizacji śledzenia Psyche i odbioru danych."
Po zakończeniu połączeń z Psyche zebrane dane będą poddane szczegółowej analizie w celu oceny wydajności każdego systemu.
Teleskop Helmos, używany do GLR, zaplanowano na modernizację, aby poprawić jego możliwości, a GLT jest również rozważany w przyszłych działaniach. Trwają dyskusje na temat potencjalnych eksperymentów na niebie w 2026 roku.
"Nasza podróż z GLR trwa, badamy nowe zastosowania obecnego systemu, takie jak charakterystyka tła nieba w Helmos w celu przygotowania aplikacji rozdzielania kluczy kwantowych. Patrząc w przyszłość, rozwijamy teraz bliźniaka GLR, który będzie parowany z większymi teleskopami, z planowaną kampanią walidacyjną w Chile w 2026 roku - nadchodzi więcej wyników," mówi Sinda Mejri.
Kampania demonstracyjna jest kluczowa dla planu komunikacji optycznej, prowadzonego w ESA Space Operations Centre (ESOC), w celu rozwoju przyszłości komunikacji kosmicznej. Jest to wspólny sukces możliwy dzięki bliskiej współpracy z kolegami i partnerami w branży, akademii (Krajowe Obserwatorium Ateny), Dyrekcji Technologii ESA oraz NASA Jet Propulsion Laboratory.
Patrząc w przyszłość, ESA aktualnie bada zdolność elektrycznego holownika na Marsie, zwanego „LightShip”, który transportowałby statki pasażerskie do Marsa. Po zrzuceniu pasażerów, LightShip przetransferowałby na orbitę serwisową, gdzie zapewniłby usługi komunikacji i nawigacji przez ładunek MARs COmmunication and Navigation Infrastructure (MARCONI), częścią którego będzie demonstrator komunikacji optycznej, stanowiący część planu wsparcia przyszłych misji załogowych.
Vielen Dank, dass Sie den Artikel gelesen haben! Beobachten Sie uns unter Google Nachrichten.
