Hybridní anténa sítě Deep Space Network (DSN), schopná přijímat jak rádiové frekvence, tak i optické signály infračerveného laseru, dokázala zachytit a dekódovat laserovou zprávu ze zařízení DSOC, která se nachází na sondě Psyche. Tento experiment ukazuje možnosti dalšího vývoje antén sítě DSN, přes které s pomocí rádiových vln komunikují kosmické sondy. Ukázalo se, že by existující technologii bylo možné dodatečně využít i pro optickou (nebo chcete-li laserovou) komunikaci. Nahuštěním více dat do přenosu otevře laserová komunikace nové možnosti průzkumu a zároveň podpoří síť DSN při rostoucí poptávce po ní.

Anténa s označením Deep Space Station 13 o průměru 34 metrů zachytává laserové přenosy ze zařízení DSOC od listopadu 2023. Technologický demonstrátor laserového komunikačního aparátu se nachází na americké sondě Psyche, která byla do kosmického prostoru vypuštěna 13. října 2023. Zmíněná hybridní anténa, nacházející se na Goldstone Deep Space Communications Complex nedaleko kalifornského města Barstow, není součástí experimentu DSOC. DSN, DSOC a Psyche jsou společně řízeny z Jet Propulsion Laboratory v jižní Kalifornii.

Fotografie týmu z JPL přenesená přes laser.
Zdroj: https://www.nasa.gov/

„Naše hybridní anténa byla schopna úspěšně a spolehlivě zaměřit a stahovat data z DSOC již krátce po spuštění technologického demonstrátoru,“ hodnotí Amy Smith, zástupkyně vedoucího DSN v JPL a dodala: „(Anténa) přijímá také rádiové vysílání z Psyche, takže jsme poprvé demonstrovali souběžnou rádiovou i optickou komunikaci s objektem v hlubokém vesmíru.“ Koncem roku 2023 dokázala hybridní anténa stáhnout data ze vzdálenosti 32 milionů kilometrů při přenosové rychlosti 15,63 megabitů za sekundu. To je přibližně 40× vyšší hodnota, než v případě rádiové komunikace na takovou vzdálenost! 1. ledna se anténě podařilo stáhnout týmovou fotku, která byla do DSOC nahraná před startem sondy.

Aby mohla zachytávat fotony (kvantové částice světla) z laseru, muselo být na zakřivený vnitřní povrch antény připojeno sedm ultrapřesných segmentových zrcadel. Výsledek tak trochu připomíná část primárního zrcadla Teleskopu Jamese Webba, ale hlavní je, že segmenty napodobují teleskop s aperturou o průměru 1 metru. Když fotony z laseru dopadnou na anténu, každé zrcadlo je odrazí a přesně nasměruje do vysokoexpoziční kamery připojené k subreflektoru antény, který je připevněn nad středem celého obřího talíře.

Sedm ultrapřesných segmentových zrcadel, která odrážejí laserové pulsy do kamery.
Zdroj: https://www.nasa.gov/

Laserový signál nasbíraný kamerou je poté přenesen optickými vlákny do kryogenně chlazeného polovodičového nanodrátového detektoru jednotlivých fotonů. Detektor navržený a postavený experty z JPL je identický s tím, který se používá na observatoři Palomar (patřící JPL) u San Diega, která slouží jako pozemní stanice pro stahování dat z DSOC. „Jedná se o vysoce tolerantní optický systém postavený na 34metrové pohyblivé struktuře,“ vysvětluje Barzia Tehrani, zástupce vedoucího pozemních komunikačních systémů a vedoucí programu hybridní antény z JPL a dodal: „Využíváme systém zrcadel, přesných senzorů a kamer k aktivnímu zarovnání a usměrnění laseru z hlubokého vesmíru do vlákna, které jej dovede k detektoru.“

Umělecká představa, jak by jednou mohla vypadat hybridní komunikační anténa pro rádiové i laserové systémy.
Zdroj: https://www.nasa.gov/

Tehrani věří, že anténa bude dostatečně citlivá i na zachycení laserového signálu od Marsu při jeho maximální vzdálenosti od Země (cca 2,5 astronomických jednotek daleko). Psyche se do této vzdálenosti dostane v červnu při své cestě k hlavnímu pásu planetek mezi Marsem a Jupiterem, kde bude studovat kovovou planetku Psyche. Sedmisegmentový reflektor na anténě má sloužit k prověření konceptu, aby se v budoucnu mohlo přistoupit ke zvětšení celého zařízení na 64 segmentů, což by vytvořilo ekvivalent teleskopu s aperturou 8 metrů.

DSOC má za cíl vyšlapat cestu ke komunikaci s vyšší přenosovou rychlostí, aby bylo možné přenášet komplexní vědecké informace, video, nebo snímky v opravdu vysokém rozlišení, které se dají očekávat (nejen) při dalším velkém skoku pro lidstvo – výpravě lidí k Marsu. Technologický demonstrátor již dokázal přenést první ultra-HD video z hlubokého vesmíru při rekordní přenosové rychlosti. Dovybavení rádiových antén optickými terminály i stavba nových hybridních antén může představovat řešení pro současný nedostatek vyhrazené pozemní optické komunikační infrastruktury. Síť DSN tvoří celkem 14 antén rozmístěných na jednotlivých stanovištích v Kalifornii, Španělsku a Austrálii.

Grafické znázornění sítě DSN
Zdroj: http://upload.wikimedia.org/
Překlad: Dušan Majer

Hybridní antény by mohly spoléhat na laserovou komunikaci pro příjem velkých objemů dat, zatímco rádiová komunikace by byla vyhrazena pro méně náročné data jako je třeba telemetrie (údaje o stavu systémů a pozici sondy). „Po dobu desítek let jsme k našim obřím anténám sítě DSN, které jsou rozmístěny po celém světě, přidávali nové a nové rádiové frekvence, takže nejreálnějším dalším krokem je zařazení optických frekvencí,“ hodnotí Tehrani a uzavírá: „Jedno zařízení může dělat dvě věci najednou: přeměnit naše komunikační cesty na dálnice a ušetřit čas, peníze i zdroje.“

Přeloženo z:
https://www.nasa.gov/

Zdroje obrázků:
https://www.nasa.gov/wp-content/uploads/2024/02/1-pia26148-rf-optical-prototype.jpg
https://www.nasa.gov/wp-content/uploads/2024/02/e2-group-photo-download.jpg
https://www.nasa.gov/wp-content/uploads/2024/02/2-pia26148-fig-a-optical-enclosure-close.png
https://www.nasa.gov/wp-content/uploads/2024/02/e1-pia23617-hybrid-antenna-concept.jpg
https://eadn-wc01-8182785.nxedge.io/wp-content/uploads/2023/10/nasa-psyche.png
https://upload.wikimedia.org/…/thumb/3/31/DSNantenna.svg/2000px-DSNantenna.svg.png