Η NASA θα δοκιμάσει επικοινωνίες με χρήση λέιζερ από τον διαστημικό σταθμό

Η NASA χρησιμοποιεί τον Διεθνή Διαστημικό Σταθμό - ένα διαστημόπλοιο σε μέγεθος γηπέδου ποδοσφαίρου που βρίσκεται σε τροχιά γύρω από τη Γη - για να μάθει περισσότερα για τη ζωή και την εργασία στο διάστημα. Για πάνω από 20 χρόνια, ο διαστημικός σταθμός παρέχει μια μοναδική πλατφόρμα για έρευνα και διερεύνηση σε τομείς όπως η βιολογία, η τεχνολογία, η γεωργία και πολλά άλλα. Χρησιμεύει ως σπίτι για τους αστροναύτες που διεξάγουν πειράματα, συμπεριλαμβανομένης της προώθησης των δυνατοτήτων της NASA για διαστημικές επικοινωνίες.

Το 2023, η NASA στέλνει στον διαστημικό σταθμό μια τεχνολογική επίδειξη γνωστή ως Integrated LCRD Low Earth Orbit User Modem and Amplifier Terminal (ILLUMA-T). Μαζί, το ILLUMA-T και το Laser Communications Relay Demonstration (LCRD), το οποίο εκτοξεύθηκε τον Δεκέμβριο του 2021, θα ολοκληρώσουν το πρώτο αμφίδρομο, end-to-end σύστημα αναμετάδοσης λέιζερ της NASA.

Με το ILLUMA-T, το γραφείο προγράμματος διαστημικών επικοινωνιών και πλοήγησης (SCaN) της NASA θα επιδείξει τη δύναμη των επικοινωνιών λέιζερ από το διαστημικό σταθμό. Χρησιμοποιώντας αόρατο υπέρυθρο φως, τα συστήματα επικοινωνιών λέιζερ στέλνουν και λαμβάνουν πληροφορίες σε υψηλότερους ρυθμούς δεδομένων. Με υψηλότερους ρυθμούς δεδομένων, οι αποστολές μπορούν να στέλνουν περισσότερες εικόνες και βίντεο πίσω στη Γη με μία μόνο μετάδοση. Μόλις εγκατασταθεί στο διαστημικό σταθμό, το ILLUMA-T θα παρουσιάσει τα οφέλη που θα μπορούσαν να έχουν οι υψηλότεροι ρυθμοί δεδομένων για τις αποστολές σε χαμηλή γήινη τροχιά.

"Οι επικοινωνίες με λέιζερ προσφέρουν στις αποστολές μεγαλύτερη ευελιξία και έναν ταχύτερο τρόπο για την επιστροφή δεδομένων από το διάστημα", δήλωσε ο Badri Younes, πρώην αναπληρωτής αναπληρωτής διοικητής για το πρόγραμμα SCaN της NASA. "Ενσωματώνουμε αυτή την τεχνολογία σε επιδείξεις κοντά στη Γη, στη Σελήνη και στο βαθύ διάστημα".

Εκτός από τους υψηλότερους ρυθμούς δεδομένων, τα συστήματα λέιζερ είναι ελαφρύτερα και χρησιμοποιούν λιγότερη ενέργεια - ένα βασικό πλεονέκτημα κατά το σχεδιασμό διαστημικών σκαφών. Το ILLUMA-T έχει περίπου το μέγεθος ενός τυπικού ψυγείου και θα στερεωθεί σε μια εξωτερική μονάδα του διαστημικού σταθμού για να πραγματοποιήσει την επίδειξή του με το LCRD.

Επί του παρόντος, το LCRD επιδεικνύει τα οφέλη ενός αναμεταδότη λέιζερ σε γεωσύγχρονη τροχιά - 22.000 μίλια από τη Γη - διακτινίζοντας δεδομένα μεταξύ δύο επίγειων σταθμών και διεξάγοντας πειράματα για την περαιτέρω βελτίωση των δυνατοτήτων λέιζερ της NASA.

"Μόλις το ILLUMA-T βρεθεί στο διαστημικό σταθμό, το τερματικό θα στέλνει δεδομένα υψηλής ανάλυσης, συμπεριλαμβανομένων εικόνων και βίντεο στο LCRD με ρυθμό 1,2 gigabits ανά δευτερόλεπτο", δήλωσε ο Matt Magsamen, αναπληρωτής διευθυντής του έργου ILLUMA-T. "Στη συνέχεια, τα δεδομένα θα αποστέλλονται από το LCRD σε επίγειους σταθμούς στη Χαβάη και την Καλιφόρνια. Αυτή η επίδειξη θα δείξει πώς οι επικοινωνίες με λέιζερ μπορούν να ωφελήσουν τις αποστολές σε χαμηλή γήινη τροχιά".

Το ILLUMA-T εκτοξεύεται ως ωφέλιμο φορτίο στην 29η αποστολή Commercial Resupply Services της SpaceX για τη NASA. Τις πρώτες δύο εβδομάδες μετά την εκτόξευσή του, το ILLUMA-T θα αφαιρεθεί από τον κορμό του διαστημοπλοίου Dragon για να εγκατασταθεί στην Εκτεθειμένη Εγκατάσταση της Ιαπωνικής Πειραματικής Μονάδας (JEM-EF - Japanese Experiment Module-Exposed Facility) του σταθμού, γνωστή και ως "Kibo" - που στα ιαπωνικά σημαίνει "ελπίδα".

Μετά την εγκατάσταση του ωφέλιμου φορτίου, η ομάδα ILLUMA-T θα πραγματοποιήσει προκαταρκτικές δοκιμές και ελέγχους εντός τροχιάς. Μόλις ολοκληρωθεί, η ομάδα θα κάνει ένα πέρασμα για το πρώτο φως του ωφέλιμου φορτίου - ένα κρίσιμο ορόσημο όπου η αποστολή μεταδίδει την πρώτη δέσμη φωτός λέιζερ μέσω του οπτικού τηλεσκοπίου της στο LCRD.

Μόλις επιτευχθεί το πρώτο φως, θα ξεκινήσουν τα πειράματα μετάδοσης δεδομένων και επικοινωνιών με λέιζερ, τα οποία θα συνεχιστούν καθ' όλη τη διάρκεια της προγραμματισμένης αποστολής.

Δοκιμές λέιζερ σε διαφορετικά σενάρια

Στο μέλλον, οι επιχειρησιακές επικοινωνίες με λέιζερ θα συμπληρώνουν τα συστήματα ραδιοσυχνοτήτων, τα οποία χρησιμοποιούν σήμερα οι περισσότερες διαστημικές αποστολές για την αποστολή δεδομένων στην πατρίδα. Το ILLUMA-T δεν είναι η πρώτη αποστολή που δοκιμάζει επικοινωνίες λέιζερ στο διάστημα, αλλά φέρνει τη NASA πιο κοντά στην επιχειρησιακή έγχυση της τεχνολογίας.

Εκτός από το LCRD, οι προκάτοχοι του ILLUMA-T περιλαμβάνουν το σύστημα 2022 TeraByte InfraRed Delivery system, το οποίο δοκιμάζει επί του παρόντος επικοινωνίες λέιζερ σε έναν μικρό CubeSat σε χαμηλή γήινη τροχιά, το Lunar Laser Communications Demonstration, το οποίο μετέφερε δεδομένα από και προς τη σεληνιακή τροχιά στη Γη και πίσω κατά τη διάρκεια της αποστολής Lunar Atmosphere and Dust Environment Explorer το 2014, και το 2017 Optical Payload for Lasercomm Science, το οποίο έδειξε πώς οι επικοινωνίες λέιζερ μπορούν να επιταχύνουν τη ροή πληροφοριών μεταξύ Γης και διαστήματος σε σύγκριση με τα ραδιοσήματα.  

Η δοκιμή της ικανότητας των επικοινωνιών λέιζερ να παράγουν υψηλότερους ρυθμούς δεδομένων σε διάφορα σενάρια θα βοηθήσει την αεροδιαστημική κοινότητα να βελτιώσει περαιτέρω την ικανότητα για μελλοντικές αποστολές στη Σελήνη, τον Άρη και το βαθύ διάστημα.