Przełom w komunikacji kosmicznej: NASA testuje transmisję laserową na miliony mil

Agencja NASA ogłosiła znaczący postęp w komunikacji kosmicznej, demonstrując niezawodność transmisji danych za pomocą sygnałów laserowych na dystansach liczonych w milionach mil, porównywalnych z odległościami do Marsa.

Eksperyment Deep Space Optical Communications (DSOC), prowadzony w ramach misji sondy Psyche, zakończył swoją ostatnią fazę, wysyłając i odbierając sygnały laserowe z odległości 218 milionów mil (około 350 milionów kilometrów). Technologia ta, uruchomiona na pokładzie sondy Psyche w październiku 2023 roku, przekroczyła oczekiwania, ustanawiając nowe standardy dla przyszłych misji eksploracyjnych. Pełniący obowiązki administrator NASA, Sean Duffy, podkreślił, że rozwój komunikacji laserowej przybliża agencję do możliwości strumieniowania wideo w wysokiej rozdzielczości i szybszego przesyłania danych z powierzchni Marsa, co jest kluczowe dla „złotej ery eksploracji”.

Już miesiąc po starcie, demonstracja DSOC nawiązała połączenie z terminalem optycznym na pokładzie sondy Psyche, potwierdzając zdolność do wysyłania sygnału z powrotem na Ziemię. Clayton Turner, zastępca administratora Dyrektoriatu Dyrekcji Misji Technologii Kosmicznych NASA, zaznaczył, że testowanie sprzętu w surowych warunkach kosmicznych pozwala na zrozumienie jego granic i udowodnienie możliwości. W ciągu dwóch lat technologia DSOC wykazała prędkości transmisji danych porównywalne z domowym internetem szerokopasmowym, przesyłając dane z rekordowych odległości.

11 grudnia 2023 roku eksperyment osiągnął historyczny kamień milowy, transmitując wideo w ultra-wysokiej rozdzielczości na Ziemię z odległości ponad 19 milionów mil, z maksymalną przepustowością systemu wynoszącą 267 megabitów na sekundę. Co więcej, 3 grudnia 2024 roku projekt pobił rekord odległości komunikacji optycznej, przesyłając dane z sondy Psyche z odległości 307 milionów mil – dalej niż wynosi średnia odległość między Ziemią a Marsem. W sumie terminale naziemne eksperymentu odebrały 13,6 terabajtów danych z Psyche.

Projekt, zarządzany przez Jet Propulsion Laboratory (JPL) NASA, obejmuje transceiver laserowy na pokładzie sondy Psyche oraz dwie stacje naziemne. Potężny laser naziemny w Obserwatorium Górskiej Stołu JPL wysłał wiązkę laserową do Psyche, pomagając transceiverowi w precyzyjnym skierowaniu sygnału zwrotnego na Ziemię. Pomimo ogromnych odległości i prędkości, z jakimi poruszają się sonda i Ziemia, zespoły NASA udowodniły, że komunikacja optyczna może wspierać przyszłe misje w Układzie Słonecznym, wymagając precyzyjnego celowania. Eksperyment obejmował również wykrywanie i dekodowanie słabych sygnałów po ich wielomilionowej podróży.

Obserwatorium Palomar w Kalifornii, wyposażone w teleskop o średnicy 200 cali, służyło jako główna stacja odbiorcza, zbierając słabe fotony kierowane do zaawansowanego detektora. Abi Biswas, technolożka projektu DSOC w JPL, podkreśliła determinację zespołu w obliczu wyzwań, takich jak warunki pogodowe czy pożary, wyrażając dumę z cotygodniowych rutynowych transmisji i odbiorów danych, które stale poprawiały wydajność i poszerzały możliwości tej nowatorskiej technologii głębokiej przestrzeni.

Dodatkowo, dane były przesyłane do hybrydowej anteny radiowo-optycznej w kompleksie Deep Space Network. Antena ta została wyposażona w siedem luster, umożliwiając jednoczesne odbieranie sygnałów radiowych i optycznych z Psyche. Projekt wykorzystał również Obserwatorium Palomar oraz mniejszy teleskop na Górskim Stole do odbioru tego samego sygnału, stosując technikę „arrayingu”, powszechnie używaną w antenach radiowych do wzmacniania słabych sygnałów i zapewnienia redundancji systemu.

Kevin Coggins, zastępca administratora programu SCaN NASA, podkreślił, że ewolucja eksploracji kosmicznej wymaga zwiększenia możliwości transferu danych. Wyjaśnił, że przyszłe misje będą potrzebowały obrazów o wysokiej rozdzielczości i danych z instrumentów z Księżyca i Marsa, a wzmocnienie tradycyjnych komunikacji radiowych poprzez komunikację optyczną sprosta tym nowym wymaganiom.

W kwietniu 2025 roku sonda Psyche napotkała spadek ciśnienia w głównym przewodzie paliwowym, jednak zespół misji skutecznie zaradził problemowi, przełączając się na zapasowy przewód, co pozwoliło na wznowienie kursu w kierunku asteroidy. Ta szybka reakcja pokazała gotowość NASA na nieprzewidziane sytuacje w locie. Misja Psyche jest ponownie na właściwym torze, z planowanym przybyciem do bogatej w metale asteroidy w 2029 roku, co ma dostarczyć bezprecedensowych wglądów w procesy formowania się planet.