Viajando a bordo da espaçonave Psyche da NASA, a demonstração da tecnologia Deep Space Optical Communications da agência continua a quebrar recordes. Embora a espaçonave com destino a asteróides não dependa de comunicações ópticas para enviar dados, a nova tecnologia provou que está à altura da tarefa. Depois de interagir com o transmissor de radiofrequência do Psyche, a demonstração de comunicações a laser enviou uma cópia dos dados de engenharia a mais de 140 milhões de milhas (226 milhões de quilômetros) de distância, 1,5 vezes a distância entre a Terra e o Sol.



Esta conquista dá uma ideia de como as naves espaciais poderão utilizar comunicações ópticas no futuro, permitindo comunicações com taxas de dados mais elevadas de informações científicas complexas, bem como imagens e vídeos de alta definição em apoio ao próximo salto gigante da humanidade:enviar humanos para Marte.

“Recebemos cerca de 10 minutos de dados duplicados de espaçonaves durante uma passagem em 8 de abril”, disse Meera Srinivasan, líder de operações do projeto no Laboratório de Propulsão a Jato da NASA, no sul da Califórnia. "Até então, estávamos enviando dados de teste e diagnóstico em nossos downlinks do Psyche. Isso representa um marco significativo para o projeto, mostrando como as comunicações ópticas podem interagir com o sistema de comunicação de radiofrequência de uma espaçonave."

A tecnologia de comunicação a laser nesta demonstração foi projetada para transmitir dados do espaço profundo a taxas 10 a 100 vezes mais rápidas do que os sistemas de radiofrequência de última geração usados ​​atualmente pelas missões no espaço profundo.

Após o lançamento em 13 de outubro de 2023, a espaçonave permanece saudável e estável enquanto viaja para o principal cinturão de asteroides entre Marte e Júpiter para visitar o asteroide Psique.

Superando expectativas

A demonstração de comunicações ópticas da NASA mostrou que ela pode transmitir dados de teste a uma taxa máxima de 267 megabits por segundo (Mbps) a partir do laser de downlink infravermelho próximo do transceptor laser de voo - uma taxa de bits comparável às velocidades de download da Internet de banda larga.

Isso foi alcançado em 11 de dezembro de 2023, quando o experimento transmitiu um vídeo de ultra-alta definição de 15 segundos para a Terra, a 19 milhões de milhas de distância (31 milhões de quilômetros, ou cerca de 80 vezes a distância Terra-Lua). O vídeo, junto com outros dados de teste, incluindo versões digitais da obra de arte Psyche Inspired da Arizona State University, foi carregado no transceptor laser de voo antes do lançamento do Psyche no ano passado.

Agora que a espaçonave está mais de sete vezes mais distante, a taxa com que ela pode enviar e receber dados é reduzida, como esperado. Durante o teste de 8 de Abril, a sonda transmitiu dados de teste a uma taxa máxima de 25 Mbps, o que ultrapassa em muito o objectivo do projecto de provar que pelo menos 1 Mbps era possível a essa distância.

A equipe do projeto também comandou o transceptor para transmitir opticamente os dados gerados pelo Psyche. Enquanto Psyche transmitia dados por seu canal de radiofrequência para a Deep Space Network (DSN) da NASA, o sistema de comunicações ópticas transmitia simultaneamente uma parte dos mesmos dados para o Telescópio Hale no Observatório Palomar da Caltech no condado de San Diego, Califórnia - o principal da demonstração tecnológica estação terrestre de downlink.

“Depois de receber os dados do DSN e do Palomar, verificamos os dados downlinked opticamente no JPL”, disse Ken Andrews, líder de operações de voo do projeto no JPL. “Foi uma pequena quantidade de dados transferidos em um curto espaço de tempo, mas o fato de estarmos fazendo isso agora superou todas as nossas expectativas”.

Diversão com lasers

Após o lançamento do Psyche, a demonstração de comunicações ópticas foi inicialmente usada para fazer downlink de dados pré-carregados, incluindo o vídeo Taters the cat. Desde então, o projeto provou que o transceptor pode receber dados do laser uplink de alta potência nas instalações do JPL em Table Mountain, perto de Wrightwood, Califórnia. Os dados podem até ser enviados para o transceptor e depois transferidos de volta para a Terra na mesma noite, como o projeto provou em um recente “experimento de recuperação”.

Esta experiência transmitiu dados de testes – bem como fotografias digitais de animais de estimação – para Psyche e vice-versa, numa viagem de ida e volta de até 450 milhões de quilómetros. Ele também transferiu grandes quantidades de dados de engenharia da própria demonstração tecnológica para estudar as características do link de comunicações ópticas.

“Aprendemos muito sobre até onde podemos levar o sistema quando temos céu limpo, embora tempestades tenham interrompido as operações em Table Mountain e Palomar ocasionalmente”, disse Ryan Rogalin, líder de eletrônica de receptores do projeto no JPL. (Enquanto as comunicações por radiofrequência podem operar na maioria das condições climáticas, as comunicações ópticas requerem céu relativamente limpo para transmitir dados em alta largura de banda.)

O JPL conduziu recentemente um experimento para combinar Palomar, a antena óptica experimental de radiofrequência no Complexo Goldstone Deep Space Communications da DSN em Barstow, Califórnia, e um detector em Table Mountain para receber o mesmo sinal em conjunto. “Organizar” múltiplas estações terrestres para imitar um grande receptor pode ajudar a aumentar o sinal do espaço profundo. Esta estratégia também pode ser útil se uma estação terrestre for forçada a ficar off-line devido às condições climáticas; outras estações ainda podem receber o sinal.

Fornecido pela NASA