Die NASA stattete ihr veraltetes Kommunikationsnetzwerk mit einer Hybridantenne aus, die es ihr erstmals ermöglichte, sowohl Hochfrequenz- als auch Lasersignale zu empfangen, und half der Raumfahrtbehörde, mit der steigenden Zahl von Missionen durch den Weltraum Schritt zu halten.
Die Deep Space Station 13, eine experimentelle 112 Fuß (34 Meter) lange optische Hochfrequenz-Hybridantenne, verfolgte und dekodierte kürzlich ein Signal von einem Laser-Transceiver mit Goldkappe, der an der Asteroidensonde Psyche der NASA, der Raumfahrtbehörde, angebracht war angekündigt. Das Deep Space Optical Communications (DSOC)-Experiment wurde an Bord der gestartet Raumsonde Psyche am 13. Oktober 2023 als erste Demonstration der Laser- oder optischen Kommunikation von so weit entfernten Orten wie dem Mars.
Am 1. Januar 2024 übertrug die Hybridantenne ein Teamfoto, das vor dem Start von Psyche auf DSOC hochgeladen worden war. „Unsere Hybridantenne war bereits kurz nach dem Start der Tech-Demo in der Lage, den DSOC-Downlink erfolgreich und zuverlässig zu erfassen und zu verfolgen“, sagte Amy Smith, stellvertretende DSN-Managerin beim Jet Propulsion Laboratory (JPL), in einer Erklärung. „Es hat auch das Hochfrequenzsignal von Psyche empfangen, sodass wir zum ersten Mal synchrone Funk- und optische Frequenzkommunikation im Weltraum demonstriert haben.“
Die Antenne ist Teil des Deep Space Network (DSN) der NASA, einer Reihe riesiger Funkantennen, die über verschiedene Teile der Welt verteilt sind und auf die sich die Raumfahrtbehörde seit 60 Jahren bei der Weiterleitung der Kommunikation bei ihren Weltraummissionen verlässt. Das Netzwerk besteht aus 14 Schüsseln, die auf drei Weltraumkommunikationsanlagen in Goldstone in der kalifornischen Mojave-Wüste, eine weitere in der Nähe von Madrid (Spanien) und die dritte in der Nähe von Canberra (Australien) verteilt sind. Das jüngste Experiment fand in der kalifornischen Anlage statt.
Das zuverlässige Kommunikationsnetzwerk kann mit der Nachfrage kaum Schritt halten, da die NASA immer mehr Missionen in den Weltraum startet. Dies ergab ein aktueller Bericht des Büros des Generalinspektors der NASA Die Nachfrage nach DSN übersteigt das Angebot zeitweise um bis zu 40 %. Durch die Nachrüstung der Funkantennen mit der experimentellen Hybridfähigkeit hofft die NASA, mehr Daten schneller übertragen zu können und DSN dabei zu helfen, mit der hohen Nachfrage Schritt zu halten.
Ende 2023 übertrug die Hybridantenne Daten aus einer Entfernung von 32 Millionen Kilometern mit einer Geschwindigkeit von 15,63 Megabit pro Sekunde. Laut NASA ist das etwa 40-mal schneller als die Funkfrequenzkommunikation in dieser Entfernung.
Diese dramatische Steigerung der Datenübertragungsgeschwindigkeit ermöglicht die Übertragung detaillierterer Informationen von Weltraummissionen und verbessert so unser Verständnis des Sonnensystems. Es ebnet auch den Weg für eine effizientere Kommunikation bei zukünftigen Weltraumforschungen und könnte möglicherweise die Art und Weise revolutionieren, wie wir unser Universum erforschen und studieren. Darüber hinaus kann die Laserkommunikation Daten mit einer wesentlich höheren Geschwindigkeit übertragen und so die schnelle Übertragung hochauflösender Bilder und umfangreicher wissenschaftlicher Daten von entfernten Weltraummissionen ermöglichen.
Die Deep Space Station 13 verfügt über sieben ultrapräzise segmentierte Spiegel (ähnlich den sechseckigen Spiegeln des Webb-Teleskops), die an der Innenseite ihrer gekrümmten Oberfläche angebracht sind. Jeder Spiegel reflektiert die Laserphotonen und leitet sie in eine Hochbelichtungskamera um, die am Subreflektor der Antenne angebracht ist, der sich über der Mitte der riesigen DSN-Schüssel befindet. Das von der Kamera gesammelte Lasersignal wird dann über eine Glasfaser übertragen, die in einen kryogen gekühlten halbleitenden Nanodraht-Einzelphotonendetektor eingespeist wird, der als Downlink-Bodenstation fungiert.
„Wir verwenden ein System aus Spiegeln, präzisen Sensoren und Kameras, um Laser aus dem Weltraum aktiv auszurichten und in eine Faser zu lenken, die den Detektor erreicht“, sagte Barzia Tehrani, stellvertretende Managerin für Kommunikations-Bodensysteme und Liefermanagerin für die Hybridantenne am JPL ein Statement.
Das Team möchte die Hybridantenne in einem Abstand testen, der dem Abstand zwischen Erde und Mars an ihrem entferntesten Punkt entspricht (oder dem Zweieinhalbfachen des Abstands zwischen Sonne und Erde). Im Juni wird die Raumsonde Psyche diese Entfernung erreicht haben und ihr an Bord befindlicher Laser-Transceiver wird bereit sein, ein Signal an die Antenne zu senden.
Im Dezember 2023, DSOC strahlte ein 15 Sekunden langes Video aus von einer orange getigerten Katze namens Taters, die 19 Millionen Meilen von der Erde entfernt einen Laserpointer auf einem Sofa auf und ab jagt. Es ist schwer, das zu toppen, aber wir werden sehen, was der Laser-Transceiver als nächstes für uns bereithält.
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