关于NASA深空光通信需要了解的5件事

DSOC定于10月12日随Psyche任务一起发射，将展示使该机构能够从深空传输更高数据速率的技术。NASA开创性的深空光通信(DSOC)实验将首次演示远至火星的激光或光通信。DSOC将于10月12日星期四与NASA的Psyche任务一起发射到一颗富含金属的同名小行星，DSOC将测试旨在使未来任务能够传输更密集的科学数据甚至来自红色星球的视频流的关键技术。

关于这一尖端技术演示，您需要了解以下五件事：

1.DSOC是NASA首次测试激光如何增加深空数据传输。

到目前为止，美国宇航局仅使用无线电波与月球以外的任务进行通信。就像随着数据需求的增长，光纤取代地球上的旧电话线一样，从无线电通信到光通信将提高整个太阳系的数据速率，其容量是目前最先进系统的10到100倍航天器使用。这将更好地支持未来的人类和机器人探索任务，并支持更高分辨率的科学仪器。

详细了解如何使用DSOC首次测试月球以外的高带宽数据传输，以及它如何改变深空探索。图片来源：NASA/JPL-Caltech

2.技术演示涉及太空和地球上的设备。

DSOC飞行激光收发器是附属于NASA的Psyche航天器的一项实验，但Psyche依靠传统的无线电通信来执行任务操作。该激光收发器具有用于向地球发送高速数据的近红外激光发射器和用于接收从地球发送的激光束的灵敏光子计数相机。但收发器只是技术演示的一部分。

地球上没有用于深空光通信的专用基础设施，因此为了DSOC的目的，已经更新了两个地面望远镜以与飞行激光收发器进行通信。美国宇航局位于南加州的喷气推进实验室将接待该操作小组，高功率近红外激光发射器已与加州赖特伍德附近的喷气推进实验室桌山设施的光通信望远镜实验室集成。发射器将向DSOC的飞行收发器发送调制激光信号，并用作信标或指向参考，以便返回的激光束可以准确地瞄准回地球。

从飞行收发器发送的数据将由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200英寸(5.1米)海尔望远镜收集，该望远镜配备了特殊的超导高效探测器阵列。

3.DSOC将遇到独特的挑战。

DSOC旨在展示在Psyche前往小行星带的六年旅程的头两年内，数据的高速传输距离可达2.4亿英里(3.9亿公里)——超过太阳与地球之间距离的两倍。

Psyche距离我们的星球越远，激光光子信号就会变得越微弱，使得解码数据变得越来越困难。另一项挑战是，光子需要更长的时间才能到达目的地，从而在技术演示的最远距离处产生超过20分钟的滞后。由于地球和航天器的位置会随着光子的传播而不断变化，因此DSOC地面和飞行系统需要进行补偿，以指出光子移动时地面接收器(位于Palomar)和飞行收发器(位于Psyche)的位置。到达。

这是下行链路探测器原型的特写，该原型用于开发连接到帕洛玛DSOC接收地面站的探测器。活动区域(位于黑色正方形的中心)的宽度约为0.0126英寸(0.32毫米)。它每秒可以探测十亿个光子。图片来源：NASA/JPL-Caltech。

4.尖端技术将共同努力，确保激光瞄准目标，并从深空接收高带宽数据。

飞行激光收发器和地面激光发射器需要非常精确的指向。达到他们的目标就像从一英里外击中正在移动的一毛钱一样。因此，收发器需要与航天器的振动隔离，否则会使激光束偏离目标。最初，Psyche会将飞行收发器瞄准地球方向，而飞行收发器上的自主系统在桌山上行信标激光器的协助下，将控制下行激光信号指向帕洛马天文台。

集成到海尔望远镜上的是由喷气推进实验室开发的低温冷却超导纳米线光子计数阵列接收器。该仪器配备了高速电子设备，用于记录单光子的到达时间，以便对信号进行解码。DSOC团队甚至开发了新的信号处理技术，从微弱的激光信号中提取信息，这些信号将传输数千万至数亿英里。

5.这是NASA最新的光通信项目。

2013年，美国宇航局的月球激光通信演示测试了地球和月球之间破纪录的上行和下行数据速率。2021年，NASA启动了激光通信中继演示，以测试对地静止轨道的高带宽光通信中继能力，以便航天器不需要与地球直接视线进行通信。去年，NASA的TeraByte红外传输系统将有史以来最高的数据速率从近地轨道卫星下行传输到地面接收器。

DSOC正在将光通信带入深空，为月球以外的高带宽通信铺平道路，其距离比迄今为止任何光通信测试都要远1,000倍。如果成功，该技术可能会带来高数据速率的流媒体高清图像通信，这将有助于支持人类的下一次巨大飞跃：美国宇航局将宇航员送往火星。

由美国宇航局提供