Вчера NASA сообщило об успешном одновременном получении лазерных и радиосигналов из отдаленных районов космоса. Такой результат стал возможным благодаря 34-метровой гибридной антенне Deep Space Network, которая была специально подготовлена для проведения этого эксперимента.
Антенна, способная улавливать радио- и оптические сигналы, успешно отследила и расшифровала лазерный сигнал, полученный от приемопередатчика DSOC (Deep Space Optical Communications), находящегося на борту космического аппарата НАСА Psyche во время его полета в дальнем космосе.
DSOC – заключительный этап демонстраций оптической связи, реализуемых в рамках программы НАСА «Демонстрационные технологические миссии» (TDM) и программы агентства «Космическая связь и навигация» (SCaN). Эта разработка НАСА показывает, как можно модифицировать гигантские параболические антенны Deep Space Network (DSN), которые в настоящее время используются для связи с космическими аппаратами посредством радиоволн, для оптической/лазерной связи.
Экспериментальная антенна, расположенная на Deep Space Station 13
Экспериментальная гибридная антенна, используемая НАСА, размещена в комплексе глубокой космической связи DSN в Голдстоуне, что неподалеку от Барстоу, штат Калифорния. Антенна, обозначенная как Deep Space Station 13 (DSS-13), прошла специальную модификацию для приема сигналов в радио- и оптических диапазонах.
В заключение 2023 года антенна обеспечивала передачу данных на борт «Психеи» с удалённости 32 миллиона километров, демонстрируя скорость в 15,63 мегабита в секунду – это приблизительно в 40 раз превышает возможности радиосвязи на аналогичном расстоянии. 1 января 2024 года антенна передала фотографию экипажа, которая была помещена на DSOC перед стартом «Психеи».
DSS-13 продемонстрировал возможность одновременной передачи данных по радиоволнам и с использованием оптических сигналов из отдаленных космических зон.
Радио и оптика: два в одном!
Для регистрации лазерных фотонов, являющихся квантовыми частицами света, на внутренней стороне изогнутой гибридной антенны установлены семь сверхточных сегментированных зеркал. Эти зеркала, подобные шестиугольным элементам космического телескопа Джеймса Уэбба, воспроизводят светособирающую площадь телескопа с апертурой в 1 метр.
При попадании лазерных фотонов на антенну, каждое зеркало отражает их и направляет с высокой точностью в камеру с высокой экспозицией. Эта камера подключена к сублиматору антенны, который подвешен над центром тарелки.
Собранный камерой лазерный сигнал передается по оптическому волокну к полупроводниковому однофотонному детектору, охлаждаемому до криогенных температур. Детектор, разработанный и изготовленный в Лаборатории микроустройств JPL, аналогичен тому, что применяется в Паломарской обсерватории Калтеха, которая выполняет функции наземной станции для передачи данных DSOC.
Телескоп-рефлектор с семисегментной антенной представляет собой экспериментальную разработку, предваряющую создание более совершенной 64-сегментной модели. В перспективе она сможет заменить телескоп с апертурой 8 метров.
На пути к еще более быстрой связи
Полученные данные указывают на возможность решения проблемы отсутствия наземной оптической инфраструктуры путем модернизации радиочастотных антенн с оптическими терминалами и разработки гибридных антенн. На сегодняшний день Deep Space Network (DSN) включает в себя 14 антенн, расположенных в Калифорнии, Мадриде и Канберре (Австралия). Гибридные антенны способны использовать оптическую связь для приема больших объемов информации, а радиочастотный диапазон – для передачи данных, не требующих высокой пропускной способности, например, телеметрии.