צוות מכין את חללית ה-Psyche של נאס"א לשיגור בתוך מתקן מבצעי החלל Astrotech ליד מרכז החלל קנדי של הסוכנות בפלורידה ב-8 בדצמבר 2022. Psyche תשגר על גבי רקטה SpaceX Falcon Heavy ממתחם השיגור 39A בקנדי. קרדיט: נאס"א/בן סמגלסקי
נאס"אהניסוי של תקשורת אופטית בחלל העמוק התממשק גם למערכת התקשורת של חללית Psyche בפעם הראשונה, והעביר נתונים הנדסיים לכדור הארץ.
ברכיבה על סיפונה של חללית Psyche של נאס"א, הפגנת טכנולוגיית תקשורת אופטית בחלל עמוק של הסוכנות ממשיכה לשבור שיאים. בעוד שהחללית הקשורה לאסטרואידים אינה מסתמכת על תקשורת אופטית כדי לשלוח נתונים, הטכנולוגיה החדשה הוכיחה שהיא עומדת במשימה. לאחר התממשקות עם משדר תדר הרדיו של ה-Psyche, הדגמת תקשורת הלייזר שלחה עותק של נתונים הנדסיים ממרחק של יותר מ-140 מיליון מיילים (226 מיליון ק"מ), פי 1½ מהמרחק בין כדור הארץ לשמש.
הישג זה מספק הצצה לאופן שבו חללית יכולה להשתמש בתקשורת אופטית בעתיד, ולאפשר תקשורת בקצב נתונים גבוה יותר של מידע מדעי מורכב, כמו גם תמונות ווידאו בחדות גבוהה לתמיכה בקפיצה הענקית הבאה של האנושות: שליחת בני אדם אל מַאְדִים.
הדמיה זו מציגה את מיקומה של חללית Psyche ב-8 באפריל כאשר מקלט הלייזר הטיסה DSOC שידר נתונים בקצב של 25 Mbps על פני 140 מיליון מיילים לתחנת downlink על פני כדור הארץ. קרדיט: NASA/JPL-Caltech
"הורדנו קישור של כ-10 דקות של נתונים משוכפלים של חללית במהלך מעבר ב-8 באפריל", אמרה מירה סריניוואסן, מובילת התפעול של הפרויקט במעבדת ההנעה הסילון של נאס"א בדרום קליפורניה. "עד אז, שלחנו נתוני בדיקות ודיאגנוסטיקה ב-downlinks שלנו מ-Psyche. זה מייצג אבן דרך משמעותית עבור הפרויקט בכך שהוא מראה כיצד תקשורת אופטית יכולה להתממשק עם מערכת התקשורת בתדר הרדיו של חללית".
טכנולוגיית תקשורת הלייזר בהדגמה זו נועדה להעביר נתונים מהחלל העמוק בקצבים מהירים פי 10 עד 100 מאשר מערכות תדרי הרדיו המתקדמות ביותר המשמשות כיום משימות לחלל העמוק.
לאחר שיגורה ב-13 באוקטובר 2023, החללית נשארת בריאה ויציבה כשהיא נוסעת אל חגורת האסטרואידים הראשית בין מאדים ל צדק לבקר באסטרואיד פסיכה.
עולה על הציפיות
הדגמת התקשורת האופטית של נאס"א הראתה שהיא יכולה להעביר נתוני בדיקה בקצב מרבי של 267 מגה-ביט לשנייה (Mbps) מהלייזר למטה-אינפרא אדום של מקלט הלייזר הטיסה – קצב סיביות השווה למהירויות הורדה של אינטרנט בפס רחב.
זה הושג ב-11 בדצמבר 2023, כאשר הניסוי הקרין סרטון וידאו של 15 שניות בחדות גבוהה במיוחד לכדור הארץ ממרחק של 19 מיליון מיילים (31 מיליון ק"מ, או בערך פי 80 ממרחק כדור הארץ-ירח). הסרטון, יחד עם נתוני בדיקה נוספים, כולל גרסאות דיגיטליות של יצירות האמנות בהשראת הנפש של אוניברסיטת אריזונה, הועלו על מקלט הלייזר הטיסה (ראה תמונה למטה) לפני שהושק Psyche בשנה שעברה.
מקלט הלייזר הטיסה של הדגמת טכנולוגיית ה-Deep Space Optical Communications (DSOC) מוצג במעבדת הנעה סילון של נאס"א בדרום קליפורניה באפריל 2021, לפני שהותקן בתוך המתחם דמוי הקופסה שלו ששולב מאוחר יותר עם חללית ה-Psyche של נאס"א. מקלט המשדר מורכב ממשדר לייזר כמעט אינפרא אדום לשליחת נתונים בקצב גבוה לכדור הארץ, וממצלמה רגישה לספירת פוטונים לקליטת נתונים בקצב נמוך. מקלט המשדר מותקן על מכלול של תמוכות ומפעילים – המוצגים בתצלום זה – המייצבים את האופטיקה מרעידות חללית. קרדיט: NASA/JPL-Caltech
כעת, כשהחללית רחוקה יותר משבעה, הקצב שבו היא יכולה לשלוח ולקבל נתונים מופחת, כצפוי. במהלך הניסוי ב-8 באפריל, שידרה החללית נתוני ניסוי בקצב מרבי של 25 Mbps, מה שעולה בהרבה על יעד הפרויקט להוכיח שלפחות 1 Mbps אפשרי במרחק זה.
צוות הפרויקט גם פיקד על מקלט המשדר להעביר נתונים שנוצרו על ידי Psyche באופן אופטי. בזמן שפסיכה שידרה נתונים דרך ערוץ תדר הרדיו שלה לרשת החלל העמוק (DSN) של נאס"א, מערכת התקשורת האופטית שידרה בו זמנית חלק מאותם נתונים לטלסקופ הייל במצפה הכוכבים פאלומאר של קלטק במחוז סן דייגו, קליפורניה – הדגמה העיקרית של ההדגמה הטכנולוגית. תחנת קרקע תחתית.
"לאחר שקיבלנו את הנתונים מה-DSN ו-Palomar, אימתנו את הנתונים בקישור אופטי בכתובת JPL," אמר קן אנדרוז, מוביל תפעול טיסות פרויקט ב-JPL. "זו הייתה כמות קטנה של נתונים שהוכנסו למטה על פני מסגרת זמן קצרה, אבל העובדה שאנחנו עושים זאת כעת עלתה על כל הציפיות שלנו."
כיף עם לייזרים
לאחר השקת Psyche, הדגמת התקשורת האופטית שימשה תחילה להורדת קישור של נתונים נטענים מראש, כולל סרטון ה-Taters the cat. מאז, הפרויקט הוכיח שהמשדר יכול לקבל נתונים מהלייזר בעל הספק גבוה במתקן הר השולחן של JPL, ליד רייטווד, קליפורניה. ניתן אפילו לשלוח נתונים למקלט המשדר ואז לקשר אותם בחזרה לכדור הארץ באותו לילה, כפי שהפרויקט הוכיח ב"ניסוי מפנה" שנערך לאחרונה.
הניסוי הזה העביר נתוני בדיקה – כמו גם תמונות דיגיטליות של חיות מחמד – ל-Psyche ובחזרה, נסיעה הלוך ושוב של עד 280 מיליון מיילים (450 מיליון ק"מ). הוא גם הוריד כמויות גדולות של הנתונים ההנדסיים של ההדגמה הטכנולוגית שלו כדי ללמוד את המאפיינים של קישור התקשורת האופטית.
"למדנו הרבה על כמה רחוק אנחנו יכולים לדחוף את המערכת כשיש לנו שמיים בהירים, למרות שסערות קטעו את הפעילות גם בהר השולחן וגם בפלומר מדי פעם", אמר ריאן רוגלין, מוביל אלקטרוניקה למקלטים של הפרויקט ב-JPL. (בעוד שתקשורת בתדר רדיו יכולה לפעול ברוב תנאי מזג האוויר, תקשורת אופטית דורשת שמיים בהירים יחסית כדי להעביר נתונים ברוחב פס גבוה.)
תחנת החלל העמוק 13 במתחם גולדסטון של נאס"א בקליפורניה – חלק מרשת החלל העמוק של הסוכנות – היא אנטנה ניסיונית שהותאמה למסוף אופטי. לראשונה, הוכחה לקונספט זו קיבלה בו-זמנית גם אותות תדר רדיו וגם אותות לייזר מהחלל העמוק. קרדיט: NASA/JPL-Caltech
JPL הובילה לאחרונה ניסוי לשילוב בין Palomar, האנטנה הניסיונית בתדר רדיו-אופטי במתחם תקשורת החלל העמוק של DSN ב-Barstow, קליפורניה, וגלאי בהר השולחן כדי לקבל את אותו אות במקביל. "מערך" של תחנות קרקע מרובות כדי לחקות מקלט אחד גדול יכול לעזור להגביר את אות החלל העמוק. אסטרטגיה זו יכולה להיות שימושית גם אם תחנת קרקע אחת נאלצת במצב לא מקוון עקב תנאי מזג האוויר; תחנות אחרות עדיין יכולות לקבל את האות.
עוד על המשימה
מנוהלת על ידי JPL, הדגמה זו היא האחרונה בסדרה של ניסויי תקשורת אופטיים הממומנים על ידי התוכנית Technology Demonstration Missions (TDM) תחת מנהלת משימת טכנולוגיית החלל של נאס"א ותוכנית SCaN (Space Communications and Navigation) של הסוכנות במסגרת מנהלת משימת מבצעי החלל. פיתוח של מקלט לייזר טיסה נתמך על ידי MIT מעבדת לינקולן, L3 Harris, CACI, First Mode ו-Contled Dynamics Inc., ו-Fibertek, Coherent ו-Dotfast תומכות במערכות הקרקע. חלק מהטכנולוגיה פותחה באמצעות תוכנית מחקר חדשנות לעסקים קטנים של נאס"א.
אוניברסיטת אריזונה סטייט מובילה את משימת הפסיכה. JPL אחראית על הניהול הכולל של המשימה, הנדסת המערכת, האינטגרציה והבדיקה ותפעול המשימה. Psyche היא המשימה ה-14 שנבחרה כחלק מתוכנית הגילוי של נאס"א תחת מנהלת משימת המדע, המנוהלת על ידי מרכז טיסות החלל מרשל של הסוכנות בהאנטסוויל, אלבמה. תוכנית שירותי השיגור של נאס"א, שבסיסה במרכז החלל קנדי של הסוכנות בפלורידה, ניהלה את שירות השיגור. מקסאר טכנולוגיות סיפקה את שלדת חללית ההנעה החשמלית הסולארית בעוצמה גבוהה מפאלו אלטו, קליפורניה.
