搭乘NASA的Psyche宇宙飞船，该机构的深空光通信技术演示继续打破记录。虽然飞往小行星的航天器不依赖光通信来发送数据，但新技术已经证明它能够胜任这项任务。在与Psyche的射频发射器连接后，激光通信演示从超过1.4亿英里(2.26亿公里)之外(地球与太阳之间距离的1.5倍)发送了一份工程数据副本。

NASA的深空光通信演示传输数据超过1.4亿英里

这一成就让我们得以一窥未来航天器如何使用光通信，实现复杂科学信息以及高清图像和视频的更高数据速率通信，以支持人类的下一个巨大飞跃：将人类送上火星。

“我们在4月8日的一次飞行中下载了大约10分钟的重复航天器数据，”南加州NASA喷气推进实验室的该项目运营负责人MeeraSrinivasan说。“在那之前，我们一直在从Psyche的下行链路中发送测试和诊断数据。通过展示光通信如何与航天器的射频通信系统连接，这是该项目的一个重要里程碑。”

该演示中的激光通信技术旨在以比当今深空任务使用的最先进射频系统快10到100倍的速率从深空传输数据。

2023年10月13日发射后，航天器在前往火星和木星之间的主要小行星带访问小行星普赛克的过程中保持健康和稳定。

该可视化显示了Psyche航天器在4月8日的位置，当时DSOC飞行激光收发器以25Mbps的速率在1.4亿英里的范围内向地球上的下行链路站传输数据。图片来源：NASA/JPL-Caltech

超越期望

NASA的光通信演示表明，它可以从飞行激光收发器的近红外下行链路激光器以每秒267兆比特(Mbps)的最大速率传输测试数据，该比特率与宽带互联网下载速度相当。

这一目标于2023年12月11日实现，当时该实验从1900万英里(3100万公里，大约是地月距离的80倍)向地球传输了一段15秒的超高清视频。该视频以及其他测试数据，包括亚利桑那州立大学受Psyche启发的艺术作品的数字版本，已在去年Psyche发射之前加载到飞行激光收发器上。

现在，航天器距离已经远了七倍多，正如预期的那样，它发送和接收数据的速率降低了。在4月8日的测试中，航天器以最大25Mbps的速率传输测试数据，这远远超出了该项目的目标，即证明在该距离上至少可以达到1Mbps。

项目团队还命令收发器以光学方式传输Psyche生成的数据。当Psyche通过其射频通道将数据传输到NASA的深空网络(DSN)时，光通信系统同时将部分相同数据传输到位于加利福尼亚州圣地亚哥县的加州理工学院帕洛玛天文台的Hale望远镜，这是该技术演示的主要部分下行地面站。

“收到来自DSN和Palomar的数据后，我们在JPL验证了光学下行数据，”JPL项目飞行运营负责人肯·安德鲁斯(KenAndrews)说。“这是在短时间内下行传输的少量数据，但我们现在这样做的事实已经超出了我们的所有预期。”

激光的乐趣

Psyche推出后，光通信演示最初用于下行传输预加载的数据，包括Taters猫视频。从那时起，该项目已经证明收发器可以从位于加利福尼亚州赖特伍德附近的喷气推进实验室桌山设施的高功率上行链路激光器接收数据。正如该项目在最近的“周转实验”中所证明的那样，数据甚至可以发送到收发器，然后在同一晚传回地球。

该实验将测试数据以及数码宠物照片传送给Psyche，然后再传送回来，往返行程长达2.8亿英里(4.5亿公里)。它还下载了大量技术演示自己的工程数据，以研究光通信链路的特性。

喷气推进实验室的该项目接收电子设备负责人瑞安·罗加林(RyanRogalin)表示：“尽管暴风雨有时会中断桌山和帕洛马的运行，但我们已经了解到，当天空晴朗时，我们可以将系统推进多远。”(射频通信可以在大多数天气条件下运行，而光通信则需要相对晴朗的天空来传输高带宽数据。)

JPL最近领导了一项实验，将位于加利福尼亚州巴斯托的DSNGoldstone深空通信综合体的实验射频光学天线Palomar与桌山的探测器结合起来，共同接收相同的信号。“排列”多个地面站来模仿一个大型接收器可以帮助增强深空信号。如果一个地面站由于天气状况而被迫离线，这一策略也很有用;其他电台仍能收到信号。