A espaçonave Psyche da NASA é retratada recebendo um sinal de laser da estação terrestre de uplink da Deep Space Optical Communications nas instalações de Table Mountain do JPL no conceito deste artista. O experimento DSOC consiste em uma estação de uplink e downlink, p… Crédito: NASA/JPL-Caltech”
A demonstração tecnológica da Deep Space Optical Communications completou vários marcos importantes, culminando no envio de um sinal para a maior distância de Marte da Terra.
A demonstração da tecnologia de comunicações ópticas do espaço profundo da NASA quebrou mais um recorde de comunicações a laser neste verão, ao enviar um sinal de laser da Terra para a espaçonave Psyche da NASA a cerca de 290 milhões de milhas (460 milhões de quilômetros) de distância. Essa é a mesma distância entre o nosso planeta e Marte quando os dois planetas estão mais distantes um do outro.
Logo após atingir esse marco em 29 de julho, a demonstração tecnológica concluiu a primeira fase de suas operações desde o lançamento a bordo do Psyche em 13 de outubro de 2023.
“O marco é significativo. A comunicação a laser requer um nível muito alto de precisão e, antes de lançarmos o Psyche, não sabíamos quanta degradação de desempenho veríamos em nossas distâncias mais distantes”, disse Meera Srinivasan, líder de operações do projeto em Laboratório de Propulsão a Jato da NASA no sul da Califórnia. “Agora as técnicas que usamos para rastrear e apontar foram verificadas, confirmando que as comunicações ópticas podem ser uma forma robusta e transformadora de explorar o sistema solar.”
Gerenciado pelo JPL, o experimento Deep Space Optical Communications consiste em um transceptor laser de vôo e duas estações terrestres. O histórico Telescópio Hale de 200 polegadas (5 metros) de abertura da Caltech no Observatório Palomar da Caltech no condado de San Diego, Califórnia, atua como a estação de downlink para a qual o transceptor laser envia seus dados do espaço profundo. O Laboratório de Telescópio de Comunicações Ópticas nas instalações do JPL em Table Mountain, perto de Wrightwood, Califórnia, atua como estação de uplink, capaz de transmitir 7 quilowatts de potência do laser para enviar dados ao transceptor.
Ao transportar dados a taxas até 100 vezes superiores às frequências de rádio, os lasers podem permitir a transmissão de informações científicas complexas, bem como imagens e vídeos de alta definição, necessários para apoiar o próximo salto gigante da humanidade quando os astronautas viajarem para Marte e mais além.
Quanto à espaçonave, Psyche permanece saudável e estável, usando a propulsão iônica para acelerar em direção a um asteroide rico em metal no principal cinturão de asteroides entre Marte e Júpiter.
Esta visualização mostra a posição de Psyche em 29 de julho, quando a estação de uplink para Deep Space Optical Communications da NASA enviou um sinal laser a cerca de 290 milhões de milhas para a espaçonave. Veja uma versão interativa da espaçonave Psyche no site da NASA
Superando Metas
Os dados da demonstração tecnológica são enviados de e para Psyche como bits codificados em luz infravermelha próxima, que tem uma frequência mais alta que as ondas de rádio. Essa frequência mais alta permite que mais dados sejam compactados em uma transmissão, permitindo taxas de transferência de dados muito mais altas.
Mesmo quando Psyche estava a cerca de 53 milhões de quilómetros de distância – comparável à aproximação mais próxima de Marte à Terra – a demonstração tecnológica conseguiu transmitir dados à taxa máxima do sistema de 267 megabits por segundo. Essa taxa de bits é semelhante às velocidades de download da Internet de banda larga. À medida que a espaçonave se afasta, a taxa com que ela pode enviar e receber dados é reduzida, como esperado.
Em 24 de junho, quando Psyche estava a cerca de 240 milhões de milhas (390 milhões de quilômetros) da Terra – mais de 2,5 vezes a distância entre o nosso planeta e o Sol – o projeto alcançou uma taxa de dados de downlink sustentada de 6,25 megabits por segundo, com uma taxa máxima de 8,3 megabits por segundo. Embora esta taxa seja significativamente inferior ao máximo da experiência, é muito mais elevada do que um sistema de comunicações de radiofrequência que utilize uma potência comparável pode alcançar a essa distância.
Este é um teste
O objetivo da Deep Space Optical Communications é demonstrar tecnologia que pode transmitir dados de forma confiável em velocidades mais altas do que outras tecnologias de comunicação espacial, como sistemas de radiofrequência. Ao procurar atingir este objetivo, o projeto teve a oportunidade de testar conjuntos de dados únicos, como arte e vídeo de alta definição, juntamente com dados de engenharia da nave espacial Psyche. Por exemplo, um downlink incluía versões digitais da obra de arte ” Psyche Inspired ” da Arizona State University, imagens dos animais de estimação da equipe e um vídeo de ultra-alta definição de 45 segundos que imita padrões de testes de televisão do século anterior e retrata cenas da Terra e espaço.
A demonstração de tecnologia transmitiu o primeiro vídeo de ultra-alta definição do espaço, apresentando um gato chamado Taters, da espaçonave Psyche para a Terra em 11 de dezembro de 2023, a 30 milhões de quilômetros de distância. (Artes, imagens e vídeos foram enviados para Psyche e armazenados em sua memória antes do lançamento.)
“Um objetivo principal do sistema era provar que a redução da taxa de dados era proporcional ao inverso do quadrado da distância”, disse Abi Biswas, tecnólogo do projeto de demonstração de tecnologia no JPL. “Atingimos esse objetivo e transferimos enormes quantidades de dados de teste de e para a espaçonave Psyche via laser”. Quase 11 terabits de dados foram transferidos durante a primeira fase da demonstração.
O transceptor de voo está desligado e será ligado novamente em 4 de novembro. Essa atividade provará que o hardware de voo pode operar por pelo menos um ano.
“Ligaremos o transceptor laser de voo e faremos uma breve verificação de sua funcionalidade”, disse Ken Andrews, líder de operações de voo do projeto no JPL. “Uma vez alcançado isso, poderemos operar o transceptor em todas as suas capacidades de projeto durante nossa fase pós-conjunção, que começa no final do ano”.
Mais sobre comunicações ópticas no espaço profundo
Esta demonstração é a mais recente de uma série de experimentos de comunicação óptica financiados pelo Programa de Missões de Demonstração de Tecnologia da Diretoria de Missão de Tecnologia Espacial gerenciado no Marshall Space Flight Center da NASA em Huntsville, Alabama, e pelo programa SCaN (Comunicações Espaciais e Navegação) da agência dentro do Espaço Operações. Diretoria de Missão. O desenvolvimento do transceptor laser de voo é apoiado pelo MIT Lincoln Laboratory, L3 Harris, CACI, First Mode e Controlled Dynamics Inc. Fibertek, Coherent, Caltech Optical Observatories e Dotfast apoiam os sistemas terrestres. Parte da tecnologia foi desenvolvida através do programa de Pesquisa de Inovação para Pequenas Empresas da NASA.