Ny jordstation bringer laserkommunikation tættere på virkeligheden

Optisk kommunikation, overførsel af data ved hjælp af infrarøde lasere, har potentialet til at hjælpe NASA med at returnere flere data til Jorden end nogensinde. Fordelene ved denne teknologi til udforskning og jordvidenskabelige missioner er enorme. Til støtte for en mission om at demonstrere denne teknologi, NASA afsluttede for nylig installationen af ​​sin nyeste optiske jordstation i Haleakala, Hawaii.

Den avancerede jordstation, kaldet Optical Ground Station 2 (OGS-2), er den anden af ​​to optiske jordstationer, der skal bygges, og som skal indsamle data, der sendes til Jorden af ​​NASAs Laser Communications Relay Demonstration (LCRD). Lancering i begyndelsen af ​​2021, denne banebrydende mission vil være omdrejningspunktet i NASAs første operationelle optiske kommunikationsrelæsystem. Mens andre NASA-bestræbelser har brugt optisk kommunikation, dette vil være NASAs første relæsystem, der udelukkende bruger optisk, giver NASA muligheden for at teste denne kommunikationsmetode og lære værdifulde erfaringer fra dens implementering. Relæsatellitter skaber kritiske kommunikationsforbindelser mellem videnskabs- og udforskningsmissioner og Jorden, gør det muligt for disse missioner at overføre vigtige data til videnskabsmænd og missionsledere derhjemme.

Mens optisk kommunikation giver missioner mange fordele, det kan blive forstyrret af atmosfærisk interferens såsom skyer. OGS-2 blev valgt til at blive placeret på Hawaii på grund af dens klare himmel, men dårligt vejr kan stadig ske. På en overskyet dag, LCRD ville skulle vente, før den transmitterede data. For at undgå forsinkelser, tjenester kan overføres til en anden jordstation udviklet af NASA's Jet Propulsion Laboratory; OGS-1, beliggende i Taffelbjerget, Californien. For at overvåge skydækning og afgøre, om OGS-1 er nødvendig, kommerciel partner Northrop Grumman stillede en atmosfærisk overvågningsstation til rådighed, der observerer vejrforholdene på stedet. Denne overvågningsstation kører næsten autonomt 24 timer i døgnet, syv dage om ugen.

LCRD og OGS-2 vil demonstrere de mange muligheder for optisk, eller laser, kommunikation til brug som kommunikationsrelæ. Optisk kommunikation giver betydelige fordele for missioner, inklusive datahastighedsstigninger på 10 til 100 gange mere end sammenlignelige radiofrekvenskommunikationssystemer. Denne stigning betyder højere opløsningsdata for missioner, giver forskerne et meget mere detaljeret kig på vores planet og solsystem. Fordelene inkluderer også reduceret strømbehov, størrelse og vægt, betyder længere batterilevetid, mere plads til yderligere instrumenter på rumfartøjer og potentielle omkostningsbesparelser ved opsendelse på grund af lettere nyttelast.

"LCRD og dets jordstationer vil demonstrere optisk kommunikation som et relæ, hvilket betyder, at missioner vil være i stand til at transmittere data fra punkter i deres kredsløb uden direkte synslinje til jordstationerne, " sagde Dave Israel, LCRD hovedefterforsker ved NASAs Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland. "I 2013 NASA's Lunar Laser Communication Demonstration satte en båndbredderekord for rumkommunikation fra Månen ved hjælp af optisk kommunikation med et system, der kræver direkte synslinje."

NASA's Space Network styrer OGS-2's integration, test og operationer og vil i sidste ende betjene LCRD. Space Network fører tilsyn med en konstellation af NASA-kommunikationssatellitter, kendt som sporings- og datarelæsatellitter, og deres tilhørende jordstationer, som omfatter White Sands Complex i White Sands, Ny mexico. Netværket leverer kontinuerlige kommunikationstjenester til missioner i lav kredsløb om Jorden via radiofrekvens. Mens radiofrekvens fortsat vil have nytte i rumkommunikation langt ud i fremtiden, det voksende kommunikationsbehov i mange missioner nødvendiggør større datahastigheder.

OGS-2's installation var et samarbejde mellem regeringen, kommercielle og akademiske institutioner. Massachusetts Institute of Technologys Lincoln Laboratory leverede test- og diagnoseterminalen, som består af tre dele:et optisk delsystem, digitalt delsystem og controllerelektronik. De tre komponenter sender, modtage og behandle optiske signaler til og fra LCRD.

Optisk kommunikation, gennem udviklingen af ​​LCRD og dets to jordterminaler, could have far-reaching impacts for future knowledge of Earth and our solar system. Spacecraft equipped with optical communications systems will effectively allow enhanced data, such as high-resolution video, to be brought back down to Earth faster, thanks to increased data rates. Med disse data, scientists will get a closer look at our universe with the potential to uncover exciting new discoveries.