La NASA a réalisé une transmission de données historique avec l’expérience de communications optiques dans l’espace profond

DSOC, une expérience qui changera la façon dont les vaisseaux spatiaux communiquent, a réalisé pour la première fois la « première lumière », en envoyant des données depuis la Lune et au-delà par laser.

L’expérience DSOC (Deep Space Optical Communications) de la NASA a envoyé un laser infrarouge à près de 10 millions de miles (16 millions de kilomètres) – environ 40 fois la distance entre la Terre et la Lune – avec des données expérimentales du télescope Hale de Palomar de Caltech. Observatoire du comté de San Diego, Californie. Il s’agit de la démonstration la plus lointaine de communication optique.

À bord du vaisseau spatial Psych récemment lancé, DSOC est sur le point de transmettre des données de test à haute fréquence à la Terre au cours de sa démonstration technologique de deux ans. Mardi Et Jeudi. NASALaboratoire de propulsion à réaction (JBL_ Administre DSOC et Psyche en Californie du Sud.

Le vaisseau spatial Psyche de la NASA est présenté dans une salle blanche de l’installation d’opérations spatiales Astrotech, près du centre spatial Kennedy de l’agence en Floride, le 8 décembre 2022. L’émetteur-récepteur laser de vol plaqué or du DSOC peut être vu attaché au vaisseau spatial. Crédit : NASA/Ben Smegelsky

Tech Demo a atteint la « première lumière » aux petites heures du matin du 14 novembre après que son émetteur-récepteur laser de vol – un instrument sophistiqué sur le Psyché (voir image ci-dessous) capable de transmettre et de recevoir des signaux proche infrarouge – verrouillé sur une puissante balise laser de liaison montante. Il a été envoyé depuis le laboratoire de télescope de communications optiques des installations de Table Mountain du JPL, près de Wrightwood, en Californie. La balise de liaison montante a permis à l’émetteur-récepteur de diriger son laser de liaison descendante vers Palomar (100 miles ou 130 kilomètres au sud de Table Mountain).

L’émetteur-récepteur laser de démonstration de la technologie Deep Space Optical Communications (DSOC) a été présenté en avril 2021 au Jet Propulsion Laboratory de la NASA en Californie du Sud, avant d’être installé à l’intérieur de son enceinte en forme de boîte, puis intégré au vaisseau spatial Psyche de la NASA. L’émetteur-récepteur se compose d’un émetteur laser proche infrarouge pour transmettre des données à haut débit vers la Terre et d’une caméra sensible de comptage de photons pour recevoir des données à faible débit transmises depuis le sol. L’émetteur-récepteur est monté sur un ensemble de supports et d’actionneurs – illustré sur cette photo – qui stabilise l’optique des vibrations du vaisseau spatial. Crédit : NASA/JPL-Caltech

« L’obtention des premières lueurs dans les mois à venir est l’une des nombreuses étapes importantes du DSOC dans les mois à venir, en soutien au prochain pas de géant de l’humanité vers des communications à haut débit capables de transmettre des informations scientifiques, des images haute définition et des vidéos en streaming : Envoyer des humains sur Marsa déclaré Trudy Cortes, directrice des explications techniques au siège de la NASA à Washington.

Les données de test ont également été transmises simultanément via les lasers de liaison montante et descendante, ce que l’on appelle la « fermeture du lien », ce qui était l’objectif principal du test. Bien que la démonstration technologique ne transmette pas les données de la mission Psyché, le DSOC travaille en étroite collaboration avec l’équipe de soutien à la mission Psyché pour garantir que les opérations n’interfèrent pas avec les opérations du vaisseau spatial.

Apprenez-en davantage sur la manière dont DSOC sera utilisé pour tester pour la première fois la transmission de données à large bande passante au-delà de la Lune – et comment il transformera l’exploration de l’espace lointain. Crédit : NASA/JPL-Caltech/ASU

« Les équipes DSOC et Psych Operations doivent travailler ensemble », a déclaré Meera Srinivasan, responsable des opérations DSOC chez JBL. Capable d’envoyer, de recevoir et de décoder des données.

Avant cet exploit, le projet nécessitait de cocher des cases à plusieurs étapes, depuis le retrait du capot de protection de l’émetteur-récepteur laser en vol jusqu’au fonctionnement de l’instrument. Pendant ce temps, le vaisseau spatial Psyché mène ses propres expériences, notamment en améliorant ses systèmes de propulsion et en testant les instruments qui seront utilisés pour étudier l’astéroïde Psyché lorsqu’il y arrivera en 2028.

L’équipe des opérations des émetteurs-récepteurs laser de vol pour la démonstration technique des communications optiques dans l’espace profond (DSOC) de la NASA travaillait dans la zone de support de la mission Psych du JPL aux petites heures du matin du 14 novembre, lorsque le programme a atteint les « premières lueurs ». Crédit : NASA/JPL-Caltech

Première lumière et premiers morceaux

Avec le succès du premier faisceau, l’équipe DSOC va maintenant travailler à affiner les systèmes qui contrôlent le pointage du laser de liaison descendante vers l’émetteur-récepteur. Une fois réalisé, le projet pourra commencer sa mission visant à maintenir la transmission de données à large bande passante de l’émetteur-récepteur à Palomar à différentes distances de la Terre. Ces données prennent la forme de bits (les plus petites unités de données qu’un ordinateur peut traiter) codées dans les photons du laser, des particules quantiques de lumière. Après qu’un réseau spécial de détecteurs supraconducteurs à haute efficacité (voir image ci-dessous) ait détecté les photons, de nouvelles techniques de traitement du signal sont utilisées pour extraire les données des photons uniques arrivant au télescope Hale.

Voici une réplique du détecteur supraconducteur à photon unique à nanofils Deep Space Optical Communications, ou DSOC, fixé au télescope Hale de 200 pouces (5,1 mètres) situé au laboratoire Palomar de Caltech dans le comté de San Diego, en Californie. Construit par le Micro Devices Laboratory du Jet Propulsion Laboratory de la NASA en Californie du Sud, le détecteur est conçu pour recevoir des signaux laser infrarouges de l’émetteur-récepteur de vol DSOC voyageant avec la mission Psych de la NASA dans l’espace lointain dans le cadre d’un brief technique. Crédit : NASA/JPL-Caltech

L’expérience DSOC vise à démontrer des taux de transfert de données 10 à 100 fois supérieurs à ceux des systèmes radiofréquences les plus sophistiqués utilisés aujourd’hui par les engins spatiaux. Les communications radio et laser proche infrarouge utilisent des ondes électromagnétiques pour transmettre des données, mais la lumière proche infrarouge compresse les données en ondes beaucoup plus serrées, permettant aux stations au sol de recevoir davantage de données. Il permettra de futures missions d’exploration humaine et robotique et prendra en charge des instruments scientifiques à haute résolution.

« La communication optique est une aubaine pour les scientifiques et les chercheurs et permettra aux humains d’explorer l’espace lointain », a déclaré le Dr Jason Mitchell, directeur de la division des technologies avancées de communications et de navigation de la NASA pour les communications et la navigation spatiales. (SCaN). « Plus de données signifie plus d’innovation. »

Bien que la communication optique ait été démontrée en orbite terrestre basse et en dehors de la Lune, DSOC est la première expérience dans l’espace lointain. Viser un faisceau laser sur des millions de kilomètres nécessite un « pointeur » très précis, tout comme utiliser un pointeur laser pour suivre une pièce de monnaie en mouvement à un kilomètre de distance.

Les opérateurs d’émetteurs laser au sol DSOC posent pour une photo à l’Observatoire du télescope de communications optiques dans les installations de Table Mountain du JPL, près de Wrightwood, en Californie, peu de temps après que la démonstration technologique ait atteint la « première lumière » le 14 novembre. Crédit : NASA/JPL-Caltech

La démonstration devrait également compenser le temps nécessaire à la lumière pour parcourir la vaste distance entre le vaisseau spatial et la Terre : à la distance de Psyché de notre planète, les faisceaux infrarouges du DSOC mettent environ 20 minutes pour revenir (ils ont mis environ 50 minutes pour voyager). de Psyché à la Terre lors de l’expérience du 14 novembre). Pendant ce temps, le vaisseau spatial et la planète auront bougé, les lasers de liaison montante et descendante doivent donc s’adapter au changement d’emplacement.

« Réaliser les premières lueurs du jour est une immense réussite. « Les systèmes au sol ont réussi à détecter les photons laser de l’espace lointain provenant de l’émetteur-récepteur en vol du DSOC sur Psyché », a déclaré Abhi Biswas, technologue de projet pour le DSOC chez JBL. « Et nous avons pu envoyer des données, c’est-à-dire échanger des ‘morceaux de lumière’ depuis l’espace lointain et vers l’espace lointain. »

En savoir plus sur la mission

DSOC est la dernière d’une mission de communications optiques financée par la Direction des technologies spatiales de la NASA et le programme Space Communications and Navigation (SCaN) au sein de la Direction des missions des opérations spatiales de l’agence.

Le travail psychologique est dirigé par l’Arizona State University. JPL est responsable de la gestion globale de la mission, de l’ingénierie des systèmes, de l’intégration et des tests, ainsi que des opérations de la mission. Psyché est la 14e mission sélectionnée dans le cadre du programme Discovery de la NASA relevant de la direction des opérations scientifiques, gérée par le Marshall Space Flight Center de l’agence à Huntsville, en Alabama. Le programme de services de lancement de la NASA au Kennedy Space Center de l’agence a géré le service de lancement. Maxar Technologies de Palo Alto, en Californie, a fourni le châssis du vaisseau spatial à propulsion électrique solaire de haute puissance.