ناسا رکورد ارتباط نوری در عمق فضا را شکست

01

از 01

آزمایش ارتباطات نوری درعمق فضا (DSOC)

آزمایش DSOC بخشی از مأموریت Psyche است که اخیراً برای اکتشاف کمربند سیارکی اصلی بین مریخ و مشتری به فضا پرتاب شده است. هدف این آزمایش، نمایش نرخ‌های انتقال داده‌ها ۱۰ تا ۱۰۰ برابر بیشتر از سیستم‌های فرکانس رادیویی پیشرفته‌ای است که امروزه فضاپیماها استفاده می‌کنند.

هر دو سیستم ارتباطی رادیویی و لیزری نزدیک به مادون‌قرمز از موج‌های الکترومغناطیسی برای انتقال داده‌ها استفاده می‌کنند. با‌این‌حال، نور نزدیک به مادون‌قرمز داده‌ها را در موج‌های بسیار فشرده‌تری بسته‌بندی می‌کند که به ایستگاه‌های زمینی امکان دریافت داده‌های بیشتری را می‌دهد. این موضوع در مأموریت‌های اکتشافی آینده به‌واسطه‌ی انسان و ربات‌ها و پشتیبانی از ابزارهای علمی با وضوح بیشتر کمک خواهد کرد.

دکتر جیسون میچل، مدیر بخش فناوری‌های پیشرفته ارتباطات و ناوبری در برنامه‌ی ارتباطات و ناوبری فضایی (SCaN) ناسا گفت:

ارتباطات نوری برای دانشمندان و پژوهشگرانی که همیشه از مأموریت‌های فضایی خود بیشترین نتیجه ممکن را می‌خواهند، نعمت بزرگی است و اکتشاف در عمق فضا به‌واسطه‌ی انسان را ممکن می‌سازد .داده‌های بیشتر به‌معنای کشفیات بیشتر است.

آزمایش در طول نمایش دوساله‌ی فناوری خود در‌حالی‌که Psyche در فضا سفر می‌کند، داده‌های آزمایشی پهنای باند بالا را به زمین ارسال خواهد کرد. آزمایشگاه پیشرانش جت (JPL) ناسا در جنوب کالیفرنیا DSOC و Psyche را مدیریت می‌کند.

آزمایش در ساعات اولیه ۱۴نوامبر۲۰۲۳ (۲۳آبان۱۴۰۲)، زمانی‌که فرستنده‌گیرنده‌ی لیزر پروازی آن به برج دیده‌بانی لیزری قوی ارسال‌شده از آزمایشگاه تلسکوپ ارتباطات نوری در تأسیسات کوهستانی جی‌پی‌ال در نزدیکی رایت‌وود کالیفرنیا قفل شد به نور اولیه دست یافت.

شایان ذکر است که فرستنده‌گیرنده‌ی لیزر پروازی سازه‌ای پیشرفته است که روی Psyche نصب می‌شود و می‌تواند سیگنال‌های نزدیک به مادون‌قرمز را ارسال و دریافت کند.

برج دیدبانی بالایی فرستنده‌گیرنده را هدایت کرد تا پرتو لیزری پایینی خود را به‌سمت پالومار (۱۳۰ کیلومتر یا ۱۰۰ مایل جنوب کوهستانی میز) بازگرداند. در‌مقابل، سیستم‌های خودکار روی فرستنده‌گیرنده و ایستگاه‌های زمینی جهت‌گیری خود را تنظیم کردند.

ترودی کورتس، مدیر بخش نمایش‌های تکنولوژی در مرکز ناسا واقع در واشنگتن، تأکید کرد که این آزمایش یکی از گام‌های مهم و تعیین‌کننده برای DSOC در چند ماه آینده است. او افزود که این پروژه مسیر را برای طراحی سیستم‌های ارتباطی با سرعت درخورتوجه انتقال داده‌ها هموار می‌کند.

این سیستم‌ها اطلاعات علمی و تصاویر با‌کیفیت و ویدئوهای پخش زنده را می‌توانند ارسال کنند که در‌نهایت به پیشبرد هدف بزرگ بشر، یعنی فرستادن انسان به مریخ، کمک خواهد کرد.

همچنین، آزمایش داده‌های را ازطریق لیزرهای برقراری و قطع ارتباط (Uplink و Downlink) فرستاد؛ فرایندی که به‌عنوان بستن ارتباط شناخته می‌شود و هدف اصلی آزمایش است. در‌حالی‌که این آزمایش داده‌های مأموریت Psyche را منتقل نمی‌کند، به‌طور تنگاتنگ با تیم پشتیبانی مأموریت Psyche همکاری می‌کند تا مطمئن شود که عملیات DSOC با فضاپیما تداخل ندارد.

میرا سرینیواسان، رهبر عملیات DSOC در JPL گفت:

در آزمایش روز سه‌شنبه صبح، اولین‌باری بود که تجهیزات زمینی و گیرنده‌ی پرواز به‌طور کامل باهم تلفیق شدند. این اتفاق نیازمند هماهنگی تیم‌های عملیاتی DSOC و Psyche بود. هنوز کار زیادی داریم؛ اما برای مدت کوتاهی توانستیم داده‌ها را ارسال و دریافت و رمزگشایی کنیم.

پیش از این دستاورد، پروژه نیاز داشت تا چندین مرحله‌ی دیگر را نیز به‌پایان برساند؛ مانند برداشتن پوشش محافظ گیرنده‌ی لیزر پرواز و روشن‌کردن ابزار. در همین حال، فضاپیمای Psyche در حال انجام بررسی‌های خود است که شامل روشن‌کردن سیستم‌های پیشرانه و آزمایش ابزارهایی است که برای مطالعه‌ی سیارک Psyche هنگام رسیدن به آن در سال 2028 استفاده خواهند شد.

در‌حالی‌که ارتباط نوری پیش‌از‌این در مدار پایین زمین و تا ماه آزمایش شده بود، DSOC اولین آزمایش در عمق فضاست. هدف قرار‌دادن پرتو لیزر در فاصله‌هایی با مقیاس میلیون‌کیلومتری مانند استفاده از نشانگر لیزری برای ردیابی سکه‌ای ده‌سنتی در حال حرکت از فاصله‌ی یک‌مایلی است که به دقت بسیار زیادی در هدف‌گیری نیاز دارد.

همچنین، این آزمایش باید زمانی را در نظر بگیرد که نور برای سفر از فضاپیما به زمین بر فاصله‌های وسیع طول می‌کشد. در دورترین فاصله‌ی سیارک Psyche از سیاره‌ی ما، فوتون‌های نزدیک به مادون‌قرمز DSOC حدود 20 دقیقه طول خواهد کشید تا به زمین برگردند.

در آزمایش 14نوامبر۲۰۲۳، آن‌ها حدود 50 ثانیه برای سفر از Psyche به زمین طول کشیدند. در آن زمان، هم فضاپیما و هم سیاره حرکت کرده‌اند؛ بنابراین، لیزرهای برقراری و قطع ارتباط باید برای تغییر مکان تنظیم شوند.

آبی بیسواس، متخصص فناوری پروژه‌ی DSOC در JPL گفت:

دستیابی به نور اولیه دستاورد بزرگی است. سیستم‌های زمینی با موفقیت فوتون‌های لیزر فضای عمیق از گیرنده‌ی پرواز DSOC روی Psyche را تشخیص دادند. همچنین، توانستیم برخی از داده‌ها را ارسال کنیم. این یعنی موفق شدیم بیت‌های نور را از فضای عمیق مبادله کنیم.