DSOC, een experiment dat de manier waarop ruimtevaartuigen communiceren zou kunnen veranderen, heeft het 'eerste licht' bereikt door voor het eerst gegevens via een laser naar en van ver voorbij de maan te sturen. NASA's Deep Space Optical Communications (DSOC) experiment heeft een nabij-infrarood laser gecodeerd met testgegevens van bijna 16 miljoen kilometer ver weg, ongeveer 40 keer verder dan de maan van de aarde verwijderd is, naar de Hale Telescoop van Caltech's Palomar Observatory in San Diego County, Californië gestraald. Dit is de verste demonstratie van optische communicatie ooit.
Aan boord van het onlangs gelanceerde ruimtevaartuig Psyche is DSOC geconfigureerd om testgegevens met hoge bandbreedte naar de aarde te sturen tijdens de twee jaar durende technologiedemonstratie terwijl Psyche naar de belangrijkste asteroïdengordel tussen Mars en Jupiter reist. NASA's Jet Propulsion Laboratory in Zuid-Californië beheert zowel DSOC als Psyche.
De technologiedemonstratie bereikte het "eerste licht" in de vroege uren van 14 november nadat de laserontvanger, een geavanceerd instrument aan boord van Psyche dat nabij-infraroodsignalen kan verzenden en ontvangen, zich had gekoppeld aan een krachtig uplink laserbaken dat werd uitgezonden vanaf het Optical Communications Telescope Laboratory op JPL's Table Mountain Facility in de buurt van Wrightwood, Californië. Het uplink baken hielp de transceiver om zijn downlink laser terug te richten naar Palomar (dat 130 kilometer ten zuiden van Table Mountain ligt) terwijl geautomatiseerde systemen op de transceiver en grondstations het richten fijn afstemden.
Het bereiken van het eerste licht is een van de vele kritieke DSOC mijlpalen in de komende maanden, waarmee de weg wordt vrijgemaakt voor communicatie met hogere datasnelheden waarmee wetenschappelijke informatie, high-definition beelden en streaming video kunnen worden verzonden ter ondersteuning van de volgende grote sprong van de mensheid: mensen naar Mars sturen", zegt Trudy Kortes, directeur van Technology Demonstrations op het NASA-hoofdkwartier in Washington.
Testgegevens werden ook gelijktijdig verzonden via de uplink- en downlinklasers, een procedure die bekend staat als "het sluiten van de verbinding" en die een primaire doelstelling is voor het experiment. Hoewel de technologiedemonstratie geen missiegegevens van Psyche verstuurt, werkt het nauw samen met het missieondersteuningsteam van Psyche om ervoor te zorgen dat DSOC-operaties niet interfereren met die van het ruimtevaartuig.
"De test van dinsdagochtend was de eerste waarbij de grondapparatuur en de vliegtransceiver volledig waren geïntegreerd, waardoor de operatieteams van DSOC en Psyche samen moesten werken," zei Meera Srinivasan, operations lead voor DSOC bij JPL. "Het was een enorme uitdaging en we hebben nog veel werk te doen, maar voor een korte tijd waren we in staat om gegevens uit te zenden, te ontvangen en te decoderen."
Voor deze prestatie moest het project nog een aantal andere mijlpalen voltooien, van het verwijderen van de beschermkap voor de laser transceiver tot het inschakelen van het instrument. Ondertussen voert het Psyche ruimteschip zijn eigen controles uit, waaronder het inschakelen van zijn voortstuwingssystemen en het testen van instrumenten die zullen worden gebruikt om de asteroïde Psyche te bestuderen wanneer het daar in 2028 aankomt.
Eerste licht en eerste bits
Na het succesvolle eerste licht zal het DSOC-team nu werken aan het verfijnen van de systemen die het richten van de downlink-laser aan boord van de transceiver regelen. Zodra dit is bereikt, kan het project beginnen met de demonstratie van het handhaven van gegevensoverdracht met hoge bandbreedte van de transceiver naar Palomar op verschillende afstanden van de aarde. Deze gegevens hebben de vorm van bits (de kleinste gegevenseenheden die een computer kan verwerken) die gecodeerd zijn in de fotonen van de laser - kwantumlichtdeeltjes. Nadat een speciale supergeleidende, zeer efficiënte detector de fotonen heeft gedetecteerd, worden nieuwe signaalverwerkingstechnieken gebruikt om de gegevens te extraheren uit de afzonderlijke fotonen die bij de Hale Telescope aankomen.
Het doel van het DSOC-experiment is om datatransmissiesnelheden aan te tonen die 10 tot 100 keer hoger liggen dan de state-of-the-art radiofrequentiesystemen die momenteel door ruimtevaartuigen worden gebruikt. Zowel radio- als nabij-infraroodlasercommunicatie maken gebruik van elektromagnetische golven om gegevens te verzenden, maar nabij-infrarood licht verpakt de gegevens in aanzienlijk strakkere golven, waardoor grondstations meer gegevens kunnen ontvangen. Dit zal toekomstige menselijke en robotische verkenningsmissies helpen en wetenschappelijke instrumenten met een hogere resolutie ondersteunen.
"Optische communicatie is een zegen voor wetenschappers en onderzoekers die altijd meer willen uit hun ruimtemissies, en zal menselijke verkenning van de diepe ruimte mogelijk maken," zegt Dr. Jason Mitchell, directeur van de Advanced Communications and Navigation Technologies Division binnen NASA's Space Communications and Navigation (SCaN) programma. "Meer gegevens betekent meer ontdekkingen." Hoewel optische communicatie al is gedemonstreerd in een baan om de aarde en op de maan, is DSOC de eerste test in de diepe ruimte. Net zoals je een laserpointer gebruikt om een bewegend dubbeltje op een kilometer afstand te volgen, vereist het richten van een laserstraal over miljoenen kilometers extreem nauwkeurig "richten".
De demonstratie moet ook compenseren voor de tijd die licht nodig heeft om van het ruimteschip naar de aarde te reizen over enorme afstanden: Op de verste afstand van Psyche tot onze planeet zullen de nabij-infrarode fotonen van DSOC er ongeveer 20 minuten over doen om terug te reizen (tijdens de test van 14 november deden ze er ongeveer 50 seconden over om van Psyche naar de aarde te reizen). In die tijd hebben zowel het ruimteschip als de planeet zich verplaatst, dus moeten de uplink- en downlinklasers zich aanpassen aan de verandering van locatie.
"Het bereiken van het eerste licht is een geweldige prestatie. De grondsystemen hebben met succes de deep space laserfotonen gedetecteerd van de DSOC vluchtontvanger aan boord van Psyche," zei Abi Biswas, projecttechnoloog voor DSOC bij JPL. "En we waren ook in staat om gegevens te verzenden, wat betekent dat we 'lichtbits' van en naar de diepe ruimte konden uitwisselen."
DSOC is de laatste in een reeks demonstraties van optische communicatie die worden gefinancierd door NASA's Space Technology Mission Directorate en het Space Communications and Navigation (SCaN) programma binnen het Space Operations Mission Directorate van het agentschap.
Bron: NASA
