NASA는 1억 4천만 마일 이상의 거리에서 레이저 통신을 수신합니다.

NASADeep Space Optical Communications Experiment는 또한 처음으로 Psyche 우주선의 통신 시스템과 상호 작용하여 엔지니어링 데이터를 지구로 다시 전송했습니다.

NASA의 프시케(Psyche) 우주선을 타고 NASA의 심우주 광통신 기술 시연이 계속해서 기록을 경신하고 있습니다. 소행성으로 향하는 우주선은 데이터를 전송하기 위해 광통신에 의존하지 않지만, 새로운 기술은 작업에 적합한 것으로 입증되었습니다. 프시케의 무선 주파수 송신기와 상호 작용한 후 레이저 통신 디스플레이는 지구와 태양 사이 거리의 1.5배에 해당하는 1억 4천만 마일(2억 2천 6백만 킬로미터) 이상 떨어진 거리에서 엔지니어링 데이터 사본을 전송했습니다.

이 성과는 우주선이 미래에 광통신을 어떻게 활용하는지 엿볼 수 있게 해주며, 복잡한 과학 정보는 물론 고화질 이미지와 비디오의 더 빠른 데이터 속도 통신을 가능하게 하여 인류의 다음 거대한 도약인 인간을 우주로 보내는 것을 지원합니다. 화성.

이 시각화는 DSOC 항공 레이저 송수신기가 1억 4천만 마일 범위에 걸쳐 초당 25메가비트의 속도로 데이터를 지구상의 다운링크 스테이션으로 전송했던 4월 8일 프시케 우주선의 위치를 ​​보여줍니다. 이미지 출처: NASA/JPL-Caltech

남부 캘리포니아에 있는 NASA 제트추진연구소의 프로젝트 운영 책임자인 미라 스리니바산(Meera Srinivasan)은 “우리는 4월 8일 비행 중에 약 10분간의 중복된 우주선 데이터를 전달했습니다.”라고 말했습니다. “그때까지 우리는 Psyche의 다운링크를 통해 테스트 및 진단 데이터를 전송해왔습니다. 이는 광학 통신이 우주선의 무선 주파수 통신 시스템과 어떻게 상호 작용할 수 있는지 보여줌으로써 프로젝트의 중요한 이정표를 나타냅니다.”

이 시연에서 사용되는 레이저 통신 기술은 오늘날 심우주 임무에 사용되는 최신 무선 주파수 시스템보다 10~100배 빠른 속도로 심우주에서 데이터를 전송하도록 설계되었습니다.

2023년 10월 13일 발사된 후, 우주선은 화성과 지구 사이의 주요 소행성대로 여행하는 동안 온전하고 안정적인 상태를 유지합니다. 목성 소행성 자체를 방문합니다.

기대를 뛰어넘다

NASA의 광통신 시연에서는 레이저 트랜시버의 근적외선 다운링크 레이저에서 최대 267Mbps의 속도로 테스트 데이터를 전송할 수 있음을 보여주었습니다. 이는 광대역 인터넷 다운로드 속도와 유사한 비트 전송률입니다.

이는 2023년 12월 11일 실험에서 1,900만 마일(3,100만 킬로미터, 즉 지구와 달 사이 거리의 약 80배) 거리에서 15초짜리 고해상도 영상을 지구로 전송하면서 달성되었습니다. 애리조나 주립대학교의 디지털 버전을 포함한 기타 테스트 데이터와 함께 비디오 심리적으로 영감을 받음 이 작품은 지난해 프시케 출시를 앞두고 항공 레이저 트랜시버(아래 이미지 참조)에 업로드됐다.

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

이제 우주선은 7배 이상 멀리 떨어져 있기 때문에 예상대로 데이터를 보내고 받을 수 있는 속도가 감소했습니다. 4월 8일 테스트 동안 우주선은 최대 25Mbps의 속도로 테스트 데이터를 전송했는데, 이는 해당 거리에서 최소 1Mbps를 달성할 수 있음을 입증하려는 프로젝트 목표를 훨씬 초과하는 것입니다.

프로젝트 팀은 또한 트랜시버에 프시케가 생성한 데이터를 광학적으로 전송하도록 지시했습니다. 프시케가 무선 주파수 채널을 통해 NASA의 딥 스페이스 네트워크(DSN)로 데이터를 전송하는 동안 광통신 시스템은 동일한 데이터의 일부를 캘리포니아주 샌디에이고 카운티에 있는 Caltech 팔로마 천문대에 있는 Hale 망원경으로 동시에 전송했습니다. 다운링크 지구국 기술 시연.

“DSN과 Palomar로부터 데이터를 받은 후 관련 데이터를 시각적으로 확인했습니다. 제트추진 연구실JPL의 프로젝트 비행 운영 책임자인 Ken Andrews는 말했습니다. “단기간에 적은 양의 데이터를 전송한 것이었지만, 지금 이렇게 한다는 사실은 우리의 기대를 모두 뛰어넘었습니다.”

레이저와 함께하는 즐거움

Psyche 출시 이후 광통신 데모는 처음에 데이터를 포함하여 미리 로드된 데이터를 연결하는 데 사용되었습니다. 테이터스 고양이 영상. 그 이후로 프로젝트는 트랜시버가 다음으로부터 데이터를 수신할 수 있다는 것을 입증했습니다. 고출력 업링크 레이저 캘리포니아주 라이트우드 근처에 있는 JPL의 테이블 마운틴 시설. 프로젝트가 최근의 “변환 실험”에서 시연한 것처럼 데이터는 트랜시버로 전송된 다음 같은 날 밤 지구에 다시 연결될 수도 있습니다.

이 실험에서는 디지털 애완동물 사진과 함께 테스트 데이터를 프시케에 전송하고 왕복 최대 4억 5천만 킬로미터를 왕복했습니다. 또한 광통신 링크의 특성을 연구하기 위한 기술 시연을 위해 대량의 엔지니어링 데이터를 전달했습니다.

“우리는 하늘이 맑을 때 시스템을 얼마나 멀리 추진할 수 있는지에 대해 많은 것을 배웠습니다. 폭풍 JPL의 프로젝트 수신기 전자 제품 책임자인 Ryan Rogalin은 “그들은 Table Mountain과 Palomar 모두에서 때때로 운영을 중단했습니다”라고 말했습니다. (무선 주파수 통신은 대부분의 기상 조건에서 작동할 수 있지만 광통신은 고대역폭 데이터를 전송하기 위해 상대적으로 맑은 하늘이 필요합니다.)

NASA의 Deep Space Network의 일부인 캘리포니아에 있는 NASA의 Goldstone Complex에 있는 Deep Space Station 13은 광학 팁이 장착된 실험용 안테나입니다. 처음에 이 개념 증명은 깊은 우주로부터 무선 주파수와 레이저 신호를 동시에 수신했습니다. 이미지 출처: NASA/JPL-Caltech

JPL은 최근 캘리포니아주 바스토우에 있는 DSN의 Goldstone Deep Space Communications Complex에 있는 실험적인 무선 주파수 광 안테나인 Palomar와 Table Mountain의 탐지기를 결합하여 동일한 신호를 동시에 수신하는 실험을 주도했습니다. 하나의 대형 수신기를 모방하기 위해 여러 지상국을 “배열”하면 심우주 신호를 높이는 데 도움이 될 수 있습니다. 이 전략은 기상 조건으로 인해 지상국이 강제로 오프라인 상태가 되는 경우에도 유용할 수 있습니다. 다른 스테이션에서는 여전히 신호를 수신할 수 있습니다.

임무에 대한 추가 정보

JPL이 관리하는 이번 시연은 NASA의 TDM(Technology Demonstration Mission) 프로그램과 Space Operations Mission Directorate 내의 SCaN(우주 통신 및 항법) 프로그램이 자금을 지원하는 일련의 광통신 실험 중 최신입니다. 항공 레이저 트랜시버 개발을 지원합니다. 매사추세츠 공과대학 Lincoln Laboratory, L3 Harris, CACI, First Mode, Controlled Dynamics Inc., Fibretek, Coherent 및 Dotfast는 지상 시스템을 지원합니다. 이 기술 중 일부는 NASA의 중소기업 혁신 연구 프로그램을 통해 개발되었습니다.

애리조나 주립대학교는 프시케 사명을 이끌고 있습니다. 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. 플로리다에 있는 NASA의 케네디 우주 센터에 본부를 둔 NASA의 발사 서비스 프로그램이 발사 서비스를 관리했습니다. Maxar Technologies는 캘리포니아 팔로 알토에서 고에너지 태양 전기 추진 우주선 섀시를 제공했습니다.