NASA, 심우주 광통신 실험으로 역사적인 데이터 교환 달성

우주선의 통신 방식을 바꿀 수 있는 실험인 DSOC는 최초로 레이저를 통해 달 너머로 데이터를 전송하는 ‘최초의 빛’을 달성했습니다.

NASA의 DSOC(Deep Space Optical Communications) 실험에서는 테스트 데이터로 인코딩된 근적외선 레이저를 약 1,000만 마일(1,600만 킬로미터) 떨어진 곳(달과 지구 사이의 약 40배 더 먼 거리)에서 팔로마에 있는 헤일 망원경으로 발사했습니다. 캘리포니아 공과대학. 캘리포니아주 샌디에이고 카운티의 천문대. 이는 광통신 사상 가장 먼 거리를 표시하는 디스플레이입니다.

최근 발사된 Psyche 우주선을 타고 DSOC는 Psyche가 주요 지구-지구 소행성대를 여행하는 동안 2년간의 기술 시연 중에 고대역폭 테스트 데이터를 지구로 다시 보낼 예정입니다. 화성 그리고 목성. NASA제트추진 연구실(제트추진 연구실_남가주에서 그는 DSOC와 Psyche를 모두 운영하고 있습니다.

NASA의 프시케 우주선이 2022년 12월 8일 플로리다 케네디 우주 센터 근처 Astrotech 우주 작전 시설의 클린룸에 전시되어 있습니다. DSOC의 금으로 덮인 항공 레이저 트랜시버가 중앙 근처에서 우주선에 부착되어 있는 것을 볼 수 있습니다. 크레딧: NASA/Ben Smigelsky

기술 시연은 근적외선 신호를 보내고 받을 수 있는 Psyche의 최첨단 기기(아래 이미지 참조)인 항공 레이저 트랜시버가 강력한 레이저 비콘에 설치된 후 11월 14일 이른 시간에 “첫 번째 빛”을 달성했습니다. 업링크는 캘리포니아주 라이트우드 근처 JPL의 테이블 마운틴 시설에 있는 광통신 망원경 연구소에서 전송되었습니다. 업링크 비콘은 트랜시버와 지상국의 자동화 시스템이 포인팅을 조정하는 동안 트랜시버가 팔로마(테이블 마운틴 남쪽 100마일 또는 130km)에 다운링크 레이저를 가리키는 데 도움이 되었습니다.

심우주 광학 통신(DSOC) 레이저 트랜시버는 2021년 4월 남부 캘리포니아에 있는 NASA의 제트 추진 연구소에 전시된 후 나중에 NASA의 프시케 우주선과 통합된 박스형 하우징 내부에 설치되었습니다. 송수신기는 지구에 고속 데이터를 전송하는 근적외선 레이저 송신기와 지구에서 전송되는 저속 데이터를 수신하는 민감한 광자 계수 카메라로 구성됩니다. 트랜시버는 우주선의 진동으로부터 광학 장치를 안정화하는 지지대와 액추에이터 세트(이 이미지 참조)에 장착됩니다. 이미지 출처: NASA/JPL-Caltech

“최초의 빛을 달성하는 것은 앞으로 몇 달 동안 중요한 DSOC 이정표 중 하나이며 인류의 다음 거대한 도약을 지원하기 위해 과학 정보, 고화질 이미지 및 비디오 스트리밍을 전송할 수 있는 더 높은 데이터 속도 통신을 향한 길을 닦습니다. 화성에 인간을 보내다워싱턴에 있는 NASA 본부의 기술 시연 관리자인 Trudy Curtis는 말했습니다.

테스트 데이터는 실험의 주요 목표인 “링크 폐쇄”로 알려진 절차인 업링크 및 다운링크 레이저를 통해 동시에 전송되었습니다. 기술 시연에서는 Psyche 임무 데이터가 전송되지 않지만 Psyche 임무 지원팀과 긴밀히 협력하여 DSOC 작업이 우주선 작동을 방해하지 않도록 합니다.

DSOC가 최초로 달 너머의 고대역폭 데이터 전송을 테스트하는 데 어떻게 사용되고 있는지, 그리고 DSOC가 심우주 탐사를 어떻게 변화시킬 수 있는지 자세히 알아보세요. 이미지 출처: NASA/JPL-Caltech/애리조나 주립대학교

JPL의 DSOC 운영 책임자인 Meera Srinivasan은 “화요일 오전의 테스트는 지상 및 비행 트랜스폰더 자산을 완전히 통합한 최초의 테스트였으며 DSOC와 Psyche 운영 팀이 나란히 작업해야 했습니다.”라고 말했습니다. “엄청난 도전이었고 해야 할 일이 많았지만 짧은 시간 동안 일부 데이터를 보내고 받고 해독할 수 있었습니다.”

이 이정표 이전에 프로젝트에서는 항공 레이저 트랜시버의 보호 커버 제거부터 장치 시운전까지 여러 가지 다른 이정표의 상자를 선택해야 했습니다. 한편, 프시케 우주선은 2028년 소행성 프시케가 도착할 때 이를 연구하는 데 사용될 추진 시스템과 테스트 장비 작동을 포함하여 자체 점검을 수행하고 있습니다.

NASA의 DSOC(Deep Space Optical Communications) 레이저 송수신기 운영 팀은 프로젝트가 “최초의 빛”을 달성한 11월 14일 이른 시간에 JPL의 프시케 임무 지원 구역에서 작업하고 있습니다. 이미지 출처: NASA/JPL-Caltech

첫 번째 조명 및 첫 번째 비트

First Light의 성공으로 DSOC 팀은 이제 트랜시버에 탑재된 다운링크 레이저의 포인팅을 제어하는 ​​시스템을 개선하기 위해 노력할 것입니다. 일단 달성되면 프로젝트는 지구로부터 다양한 거리에 있는 트랜시버에서 Palomar까지 고대역폭 데이터 전송을 유지하는 시연을 시작할 수 있습니다. 이 데이터는 레이저 광자, 즉 빛의 양자 입자로 인코딩된 비트(컴퓨터가 처리할 수 있는 가장 작은 데이터 단위)의 형태를 취합니다. 특수한 고효율 초전도 검출기 어레이(아래 이미지 참조)가 광자를 감지한 후 새로운 신호 처리 기술을 사용하여 Hale 망원경에 도착하는 단일 광자에서 데이터를 추출합니다.

여기에 표시된 것은 캘리포니아주 샌디에이고 카운티에 있는 Caltech 팔로마 천문대에 있는 200인치(5.1미터) Hale 망원경에 연결된 초전도 나노와이어의 단일 광자 탐지기인 DSOC(Deep Space Optical Communications)의 복제품입니다. 이 감지기는 기술 시연의 일환으로 NASA의 프시케(Psyche) 임무와 함께 이동하는 DSOC 비행 트랜시버로부터 근적외선 레이저 신호를 수신하기 위해 남부 캘리포니아에 있는 NASA 제트 추진 연구소의 정밀 계측 연구소에서 설계되었습니다. 이미지 출처: NASA/JPL-Caltech

DSOC 실험의 목표는 오늘날 우주선이 사용하는 최신 무선 주파수 시스템보다 10~100배 더 빠른 데이터 전송 속도를 보여주는 것입니다. 레이저 라디오와 근적외선 통신은 모두 전자기파를 사용하여 데이터를 전송하지만, 근적외선은 데이터를 더 작은 파동으로 압축하여 지상국이 더 많은 데이터를 수신할 수 있도록 합니다. 이는 미래의 인간 및 로봇 탐사 임무에 도움이 될 것이며 고정밀 과학 장비를 지원할 것입니다.

NASA 통신 및 우주 부문 첨단 통신 및 항법 기술 부문 책임자인 Jason Mitchell 박사는 “광 통신은 우주 임무에서 항상 더 많은 것을 원하는 과학자와 연구자들에게 도움이 되며 인간의 심우주 탐사를 가능하게 할 것입니다.”라고 말했습니다. . (SCaN) 프로그램. “더 많은 데이터는 더 많은 발견을 의미합니다.”

낮은 지구 궤도와 달까지 광통신이 시연되었지만 DSOC는 심우주에서의 최초의 테스트입니다. 레이저 포인터를 사용하여 1마일 떨어진 곳에서 움직이는 동전을 추적하는 것처럼 수백만 마일에 걸쳐 레이저 빔을 지시하려면 매우 정확한 “포인팅”이 필요합니다.

DSOC의 지상 레이저 송신기 운용자들이 11월 14일 이 기술의 “최초의 빛” 시연이 달성된 직후 캘리포니아주 라이트우드 근처 JPL의 테이블 마운틴 시설에 있는 광통신 망원경 실험실에서 사진을 위해 포즈를 취하고 있습니다. 이미지 출처: NASA/JPL-Caltech

또한 시연에서는 빛이 우주선에서 지구까지 먼 거리를 이동하는 데 걸리는 시간을 보상해야 합니다. 프시케가 우리 행성에서 가장 먼 거리에 있을 때 DSOC의 근적외선 광자는 돌아오는 데 약 20분이 걸립니다(약 50분 소요). . 11월 14일 테스트 동안 프시케에서 지구로 이동하는 데 몇 초가 걸렸습니다. 그때쯤이면 우주선과 행성이 이동하게 되므로 업링크 및 다운링크 레이저는 위치 변화에 적응해야 합니다.

JPL의 DSOC 프로젝트 기술자인 Abi Biswas는 “최초의 빛을 얻는 것은 엄청난 성과입니다. 지상 시스템은 Psyche에 탑재된 DSOC의 송수신기에서 심우주 레이저 광자를 성공적으로 감지했습니다.”라고 말했습니다. “일부 데이터를 전송한다는 것은 ‘비트의 비트’를 교환할 수 있다는 것을 의미합니다. 빛’은 깊은 우주를 오가는 것입니다.”

임무에 대한 추가 정보

DSOC는 NASA의 우주 기술 임무국(Space Technology Mission Directorate)과 해당 기관의 우주 작전 임무국(Space Operations Mission Directorate) 내 SCaN(Space Communications and Navigation) 프로그램이 자금을 지원하는 일련의 광통신 시연 중 최신 것입니다.

프시케 임무는 애리조나 주립대학교가 주도합니다. JPL은 전반적인 임무 관리, 시스템 엔지니어링, 통합 및 테스트, 임무 운영을 담당합니다. 프시케(Psyche)는 앨라배마 주 헌츠빌에 있는 NASA의 마샬 우주 비행 센터에서 관리하는 과학 임무국 산하 NASA 탐사 프로그램의 일환으로 선정된 14번째 임무입니다. NASA의 케네디 우주 센터에 본부를 둔 NASA의 발사 서비스 프로그램이 발사 서비스를 관리했습니다. 캘리포니아주 팔로알토에 위치한 Maxar Technologies는 우주선의 고에너지 태양 전기 추진 구조를 제공했습니다.