NASA's Deep Space Optical Communications (DSOC) experiment heeft met succes betrouwbare dataoverdracht, ontvangst en decodering van lasersignalen over immense afstanden gedemonstreerd, vergelijkbaar met de afstand tot Mars. Het experiment, gelanceerd met het Psyche-ruimtevaartuig in oktober 2023, heeft onlangs zijn laatste testvlucht afgerond, waarbij lasersignalen werden verzonden en ontvangen vanaf een afstand van 347 miljoen kilometer.
Volgens de waarnemend NASA-administrator Sean Duffy brengt de vooruitgang in lasercommunicatietechnologie de ruimtevaartorganisatie dichter bij het streamen van high-definition video en het sneller dan ooit leveren van waardevolle data vanaf het Marsoppervlak. Hij benadrukte dat technologie ontdekkingen mogelijk maakt en dat NASA zich inzet om de benodigde capaciteiten te bewijzen voor een gouden tijdperk van verkenning.
Slechts een maand na de lancering vestigde de DSOC-demonstratie met succes een verbinding met de optische terminal aan boord van het Psyche-ruimtevaartuig, waarmee het vermogen om een signaal terug naar de aarde te sturen werd bewezen. Clayton Turner, adjunct-directeur van NASA's Space Technology Mission Directorate, merkte op dat NASA-technologie hardware test in barre ruimteomstandigheden om de grenzen ervan te begrijpen en de capaciteiten ervan te bewijzen. Over een periode van twee jaar overtrof de DSOC-technologie de verwachtingen, met datasnelheden die vergelijkbaar zijn met die van huishoudelijke breedbandinternet en het verzenden van engineering- en testdata vanaf recordafstanden.
Op 11 december 2023 behaalde het experiment een historische primeur door een ultra-high-definition video naar de aarde te streamen vanaf een afstand van meer dan 30 miljoen kilometer, met de maximale bitrate van het systeem van 267 megabits per seconde. Het project overtrof ook de optische communicatie-afstandrecords op 3 december 2024, toen het Psyche-data downloade vanaf 494 miljoen kilometer afstand, verder dan de gemiddelde afstand tussen de aarde en Mars. In totaal ontvingen de grondterminals van het experiment 13,6 terabits aan data van Psyche.
Het DSOC-experiment, beheerd door NASA's Jet Propulsion Laboratory (JPL), omvat een vluchtlaserzender aan boord van het Psyche-ruimtevaartuig en twee grondstations. Een krachtige uplinklaser bij JPL's Table Mountain Facility zond een laserbaken uit naar Psyche, wat de zender hielp bij het richten van zijn retourlasersignaal naar de aarde. Zowel Psyche als de aarde bewegen met enorme snelheden, en de enorme afstanden zorgen ervoor dat lasersignalen minuten nodig hebben om hun bestemming te bereiken. Door de precieze pointing die nodig is voor communicatielinks aan te tonen, hebben NASA-teams aangetoond dat optische communicatie toekomstige zonnestelselmissies kan ondersteunen.
Het experiment omvatte ook het detecteren en decoderen van zwakke signalen na miljoenen kilometers te hebben afgelegd. Het Palomar Observatorium van Caltech, met zijn 200-inch telescoop, diende als het primaire downlinkstation, dat zwakke fotonen verzamelde gericht op een array van hoog-efficiënte detectoren voor verwerking. Abi Biswas, DSOC-projecttechnoloog en supervisor bij JPL, benadrukte de volharding van het team ondanks uitdagingen zoals weersomstandigheden en bosbranden. Ze sprak trots uit over de wekelijkse routine van het team om data optisch te verzenden en te ontvangen, voortdurend de prestaties te verbeteren en mogelijkheden toe te voegen om de nieuwe deep space-communicatietechnologie tot het uiterste te testen.
In een andere test werd data gedownload naar een hybride radiofrequentie-optische antenne op het Goldstone-complex van het Deep Space Network. Deze antenne was uitgerust met zeven spiegels, waardoor deze zowel radiofrequentie- als optische signalen van Psyche tegelijkertijd kon ontvangen. Het project maakte ook gebruik van het Palomar Observatorium van Caltech en een kleinere telescoop op Table Mountain om hetzelfde signaal te ontvangen, een techniek die bekend staat als 'arraying'. Deze methode, die vaak wordt gebruikt met radioantennes, verbetert de ontvangst van zwakke signalen en bouwt systeemredundantie op.
Kevin Coggins, adjunct-geassocieerd directeur van NASA's SCaN-programma, verklaarde dat de evoluerende ruimteverkenning een grotere dataoverdrachtscapaciteit vereist. Hij legde uit dat toekomstige missies hoge-resolutie beelden en instrumentdata van de maan en Mars zullen vereisen, en dat het versterken van traditionele radiofrequentiecommunicatie met optische communicatie aan deze nieuwe vereisten zal voldoen.
In april 2025 ondervond het Psyche-ruimtevaartuig een plotselinge drukval in zijn primaire brandstofleiding, een cruciaal onderdeel voor het handhaven van snelheid en traject. Het missieteam heeft dit probleem met succes aangepakt door over te schakelen op een back-up brandstofleiding, waardoor de missie zijn koers naar de asteroïde kon hervatten. Deze snelle reactie toonde de paraatheid van NASA voor afwijkingen tijdens de vlucht aan, en de Psyche-missie is nu weer op schema. Het ruimtevaartuig zal naar verwachting de metaalrijke asteroïde Psyche bereiken tegen 2029, met als doel ongekende inzichten te bieden in de processen van planetaire vorming en differentiatie door het bestuderen van wat wordt beschouwd als de blootgelegde kern van een protoplaneet.