Fremtiden for NASAs laserkommunikation

NASA bruger lasere til at sende information til og fra Jorden, ved at bruge usynlige stråler til at krydse himlen, sende terabyte af data - billeder og videoer - for at øge vores viden om universet. Denne evne er kendt som laser eller optisk kommunikation, selvom disse øjensikre, infrarøde stråler ikke kan ses af menneskelige øjne.

"Vi er begejstrede for det løfte, laserkommunikation vil give i de kommende år," siger Badri Younes, stedfortrædende associeret administrator og programleder for Space Communications and Navigation (SCaN) ved NASAs hovedkvarter i Washington. "Disse missioner og demonstrationer indvarsler NASAs nye lysets årti, hvor NASA vil arbejde sammen med andre offentlige myndigheder og den kommercielle sektor for dramatisk at udvide fremtidige kommunikationsmuligheder til rumudforskning og muliggøre levende og robuste økonomiske muligheder."

Laserkommunikationssystemer giver missioner øgede datahastigheder, hvilket betyder, at de kan sende og modtage mere information i en enkelt transmission sammenlignet med traditionelle radiobølger. Derudover er systemerne lettere, mere fleksible og mere sikre. Laserkommunikation kan supplere radiofrekvenskommunikation, som de fleste NASA-missioner bruger i dag.

Laser Communications Relay Demonstration (LCRD)

Den 7. december 2021 blev Laser Communications Relay Demonstration (LCRD) lanceret i kredsløb omkring 22.000 miles fra Jorden for at teste laserkommunikationens muligheder. LCRD er agenturets første teknologidemonstration af et tovejs laserrelæsystem. Nu hvor LCRD er i kredsløb, fortsætter NASAs laserkommunikationsfremskridt.

LCRD-eksperimenterprogram

I maj 2022 certificerede NASA, at LCRD er klar til at udføre eksperimenter. Disse eksperimenter tester og forfiner lasersystemer - missionens overordnede mål. Eksperimenter leveret af NASA, andre offentlige myndigheder, den akademiske verden og industrien måler atmosfærens langsigtede virkninger på laserkommunikationssignaler; vurdering af teknologiens anvendelighed til fremtidige missioner; og afprøvning af laserrelækapaciteter på kredsløb.

"Vi vil begynde at modtage nogle eksperimentresultater næsten med det samme, mens andre er langsigtede og vil tage tid, før tendenser dukker op i løbet af LCRD's toårige eksperimentperiode," sagde Rick Butler, projektleder for LCRD-eksperimenterprogrammet ved NASAs Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland. "LCRD vil besvare luftfartsindustriens spørgsmål om laserkommunikation som en operationel mulighed for applikationer med høj båndbredde."

"Programmet leder stadig efter nye eksperimenter, og enhver, der er interesseret, bør tage fat," sagde Butler. "Vi benytter os af laserkommunikationssamfundet, og disse eksperimenter vil vise, hvordan optisk vil fungere for internationale organisationer, industrien og den akademiske verden."

NASA fortsætter med at acceptere forslag til nye eksperimenter for at hjælpe med at forfine optiske teknologier, øge viden og identificere fremtidige applikationer.

LCRD vil endda videresende data indsendt af offentligheden kort efter lanceringen i form af nytårsforsætter, der deles med NASA-konti på sociale medier. Disse opløsninger vil blive transmitteret fra en jordstation i Californien og videregivet gennem LCRD til en anden jordstation placeret på Hawaii som endnu en demonstration af LCRD's evner.

TeraByte InfraRed Delivery (TBIRD)

For nylig efter LCRD blev TeraByte InfraRed Delivery (TBIRD) nyttelast lanceret den 25. maj 2022, som en del af Pathfinder Technology Demonstrator 3 (PTD-3) missionen, fra Cape Canaveral Space Force Station på SpaceX's Transporter-5 rideshare-mission. TBIRD vil vise 200-gigabit-per-sekund data-downlinks – den højeste optiske hastighed nogensinde opnået af NASA.

TBIRD fortsætter NASAs optiske kommunikationsinfusion ved at demonstrere de fordele, laserkommunikation kan have for videnskabsmissioner nær Jorden, der fanger vigtige data og store detaljerede billeder. TBIRD sender terabytes af data tilbage i en enkelt passage, demonstrerer fordelene ved højere båndbredde og giver NASA mere indsigt i mulighederne for laserkommunikation på små satellitter. TBIRD er på størrelse med en tissueboks!

"Tidligere har vi designet vores instrumenter og rumfartøjer omkring begrænsningen af, hvor meget data vi kan få ned eller tilbage fra rummet til Jorden," sagde TBIRD-projektleder Beth Keer. "Med optisk kommunikation blæser vi det ud af vandet så langt som mængden af ​​data, vi kan bringe tilbage. Det er virkelig en evne til at ændre spil."

Integreret LCRD Low-Earth Orbit brugermodem og forstærkerterminal (ILLUMA-T)

Det integrerede LCRD Low-Earth Orbit User Modem and Amplifier Terminal (ILLUMA-T) lancerer i begyndelsen af ​​2023 i Dragon-stammen af ​​SpaceX's 27. kommercielle genforsyningstjenestemission til den internationale rumstation og vil bringe laserkommunikation til det kredsende laboratorium og styrke levende astronauter og arbejder der med forbedrede datafunktioner.

ILLUMA-T vil indsamle information fra eksperimenter ombord på stationen og sende dataene til LCRD med 1,2 gigabit i sekundet. Med denne hastighed kunne en spillefilm downloades på under et minut. LCRD vil derefter videresende denne information til jordstationer i Hawaii eller Californien.

"ILLUMA-T og LCRD vil arbejde sammen om at blive det første lasersystem, der demonstrerer kommunikationsforbindelser fra lav jord til geosynkron kredsløb til jord," sagde Chetan Sayal, projektleder for ILLUMA-T hos NASA Goddard.

Orion Artemis II optisk kommunikationssystem (O2O)

Orion Artemis II Optical Communications System (O2O) vil bringe laserkommunikation til Månen ombord på NASAs Orion-rumfartøj under Artemis II-missionen. O2O vil være i stand til at transmittere billeder og video i høj opløsning, når astronauter vender tilbage til måneregionen for første gang i over 50 år. Artemis II vil være den første bemandede måneflyvning til at demonstrere laserkommunikationsteknologier, der sender data til Jorden med en downlink-hastighed på op til 260 megabit i sekundet.

"Ved at tilføre nye laserkommunikationsteknologier i Artemis-missionerne, giver vi vores astronauter mere adgang til data end nogensinde før," sagde O2O-projektleder Steve Horowitz. "Jo højere datahastigheder, jo mere information kan vores instrumenter sende hjem til Jorden, og jo mere videnskab kan vores måneforskere udføre."

NASAs laserkommunikationsbestræbelser strækker sig også ud i det dybe rum. I øjeblikket arbejder NASA på en fremtidig terminal, der kan teste laserkommunikation mod ekstreme afstande og udfordrende pegebegrænsninger.

Uanset om det bringer laserkommunikation til missioner nær Jorden, Månen eller det dybe rum, vil infusionen af ​​optiske systemer være en integreret del af fremtidige NASA-missioner. Laserkommunikations højere datahastigheder vil gøre det muligt for udforsknings- og videnskabsmissioner at sende flere data tilbage til Jorden og opdage mere om universet. NASA vil være i stand til at bruge informationer fra billeder, video og eksperimenter til at udforske ikke kun den nære Jord-region, men også til at forberede fremtidige missioner til Mars og videre. + Udforsk yderligere

NASA's næste laserkommunikationsdemo installeret, integreret