NASA mencapai pertukaran data bersejarah dengan eksperimen komunikasi optik luar angkasa

DSOC, sebuah eksperimen yang dapat mengubah cara pesawat ruang angkasa berkomunikasi, telah mencapai “cahaya pertama”, mengirimkan data melalui laser ke dan dari luar Bulan untuk pertama kalinya.

Eksperimen Deep Space Optical Communications (DSOC) milik NASA memancarkan laser inframerah-dekat yang dikodekan dengan data uji dari jarak hampir 10 juta mil (16 juta kilometer) jauhnya – sekitar 40 kali lebih jauh jarak Bulan dari Bumi – ke Teleskop Hale di Palomar. Institut Teknologi California. Observatorium di San Diego County, California. Ini adalah tampilan komunikasi optik terjauh yang pernah ada.

Di atas pesawat ruang angkasa Psyche yang baru saja diluncurkan, DSOC akan mengirimkan data uji bandwidth tinggi kembali ke Bumi selama demonstrasi teknologi dua tahunnya saat Psyche melakukan perjalanan ke sabuk asteroid utama Bumi-Bumi. Mars Dan Jupiter. NASAlaboratorium propulsi jet (Laboratorium Propulsi Jet_Di California Selatan dia menjalankan DSOC dan Psyche.

Pesawat ruang angkasa Psyche milik NASA ditampilkan di ruangan bersih di fasilitas Operasi Luar Angkasa Astrotech dekat Pusat Antariksa Kennedy di Florida pada 8 Desember 2022. Pemancar laser penerbangan berlapis emas DSOC dapat dilihat, di dekat bagian tengah, terpasang pada pesawat ruang angkasa. Kredit: NASA/Ben Smigelsky

Demonstrasi teknologi mencapai “cahaya pertama” pada dini hari tanggal 14 November setelah Aviation Laser Transceiver – instrumen mutakhir (lihat gambar di bawah) di atas kapal Psyche yang mampu mengirim dan menerima sinyal inframerah-dekat – dipasang pada suar laser yang kuat Uplink ditransmisikan dari Laboratorium Teleskop Komunikasi Optik di Fasilitas Table Mountain JPL dekat Wrightwood, California. Suar uplink membantu transceiver mengarahkan laser downlinknya ke Palomar (100 mil, atau 130 kilometer, selatan Table Mountain) sementara sistem otomatis pada transceiver dan stasiun bumi menyesuaikan penunjukannya.

Transceiver laser Deep Space Optical Communications (DSOC) dipajang di Jet Propulsion Laboratory NASA di California Selatan pada April 2021, sebelum dipasang di dalam wadah berbentuk kotak yang kemudian diintegrasikan dengan pesawat ruang angkasa Psyche milik NASA. Transceiver terdiri dari pemancar laser inframerah-dekat untuk mengirim data berkecepatan tinggi ke Bumi, dan kamera penghitung foton sensitif untuk menerima data berkecepatan rendah yang dikirim dari Bumi. Transceiver dipasang pada serangkaian penyangga dan aktuator — ditunjukkan pada gambar ini — yang menstabilkan optik dari getaran pesawat ruang angkasa. Sumber gambar: NASA/JPL-Caltech

“Pencapaian cahaya pertama adalah salah satu dari banyak tonggak penting DSOC dalam beberapa bulan mendatang, yang membuka jalan menuju komunikasi berkecepatan data lebih tinggi yang mampu mentransmisikan informasi ilmiah, gambar definisi tinggi, dan streaming video untuk mendukung lompatan besar umat manusia berikutnya: Mengirim manusia ke Marskata Trudy Curtis, manajer demonstrasi teknologi di Markas Besar NASA di Washington.

Data uji juga dikirimkan secara bersamaan melalui laser uplink dan downlink, sebuah prosedur yang dikenal sebagai “penutupan tautan” yang merupakan tujuan utama percobaan ini. Meskipun demonstrasi teknologi tersebut tidak mengirimkan data misi Psyche, namun ia bekerja sama dengan tim pendukung misi Psyche untuk memastikan operasi DSOC tidak mengganggu pengoperasian pesawat ruang angkasa.

Pelajari lebih lanjut tentang bagaimana DSOC digunakan untuk menguji transmisi data bandwidth tinggi di luar Bulan untuk pertama kalinya — dan bagaimana DSOC dapat mengubah eksplorasi luar angkasa. Sumber gambar: NASA/JPL-Caltech/Arizona State University

“Ujian pada Selasa pagi adalah uji coba pertama yang sepenuhnya mengintegrasikan aset transponder darat dan penerbangan, sehingga tim operasi DSOC dan Psyche harus bekerja berdampingan,” kata Meera Srinivasan, pimpinan operasi DSOC di JPL. “Ini adalah tantangan besar, dan kami memiliki banyak pekerjaan yang harus dilakukan, namun dalam waktu singkat, kami dapat mengirim, menerima, dan mendekripsi beberapa data.”

Sebelum pencapaian ini, proyek ini perlu memenuhi beberapa pencapaian lainnya, mulai dari pelepasan penutup pelindung transceiver laser penerbangan hingga commissioning perangkat. Sementara itu, pesawat luar angkasa Psyche sedang melakukan pemeriksaan sendiri, termasuk mengoperasikan sistem propulsi dan instrumen pengujian yang akan digunakan untuk mempelajari asteroid Psyche ketika tiba di sana pada tahun 2028.

Tim operasi transceiver laser Deep Space Optical Communications (DSOC) NASA sedang bekerja di area dukungan misi Psyche di JPL pada dini hari tanggal 14 November, ketika proyek mencapai “cahaya pertama”. Sumber gambar: NASA/JPL-Caltech

Cahaya pertama dan bit pertama

Dengan keberhasilan First Light, tim DSOC sekarang akan bekerja untuk meningkatkan sistem yang mengontrol penunjukan laser downlink pada transceiver. Setelah tercapai, proyek ini dapat memulai demonstrasi pemeliharaan transmisi data bandwidth tinggi dari transceiver ke Palomar pada berbagai jarak dari Bumi. Data ini berbentuk bit (unit data terkecil yang dapat diproses komputer) yang dikodekan dalam foton laser – partikel cahaya kuantum. Setelah rangkaian detektor superkonduktor khusus dan sangat efisien (lihat gambar di bawah) mendeteksi foton, teknik pemrosesan sinyal baru digunakan untuk mengekstrak data dari foton tunggal yang tiba di teleskop Hale.

Yang ditampilkan di sini adalah replika Deep Space Optical Communications, atau DSOC, detektor foton tunggal dari kawat nano superkonduktor yang dipasangkan dengan Teleskop Hale 200 inci (5,1 meter) di Observatorium Palomar Caltech di San Diego County, California. Detektor ini dirancang oleh Precision Instrumentation Laboratory di Jet Propulsion Laboratory NASA di California Selatan, untuk menerima sinyal laser inframerah-dekat dari transceiver penerbangan DSOC yang bepergian dengan misi Psyche NASA di luar angkasa sebagai bagian dari demonstrasi teknologi. Sumber gambar: NASA/JPL-Caltech

Eksperimen DSOC bertujuan untuk menunjukkan kecepatan transfer data 10 hingga 100 kali lebih besar daripada sistem frekuensi radio modern yang digunakan pesawat ruang angkasa saat ini. Baik radio laser maupun komunikasi inframerah-dekat menggunakan gelombang elektromagnetik untuk mengirimkan data, namun cahaya inframerah-dekat mengemas data menjadi gelombang yang lebih kompak, memungkinkan stasiun bumi menerima lebih banyak data. Hal ini akan membantu misi eksplorasi manusia dan robot di masa depan serta mendukung instrumen ilmiah berpresisi tinggi.

“Komunikasi optik adalah keuntungan bagi para ilmuwan dan peneliti yang selalu menginginkan lebih dari misi luar angkasa mereka, dan akan memungkinkan eksplorasi manusia di luar angkasa,” kata Dr. Jason Mitchell, direktur Divisi Teknologi Komunikasi dan Navigasi Tingkat Lanjut di Divisi Komunikasi dan Astronautika NASA . (SCaN). “Lebih banyak data berarti lebih banyak penemuan.”

Meskipun komunikasi optik telah dibuktikan di orbit rendah Bumi dan ke Bulan, DSOC adalah tes pertama di luar angkasa. Seperti menggunakan penunjuk laser untuk melacak uang receh yang bergerak dari jarak satu mil, mengarahkan sinar laser sejauh jutaan mil memerlukan “penunjukan” yang sangat tepat.

Operator pemancar laser berbasis darat DSOC berpose untuk foto di Laboratorium Teleskop Komunikasi Optik di Fasilitas Table Mountain JPL dekat Wrightwood, California, tak lama setelah demonstrasi “cahaya pertama” teknologi tersebut dicapai pada 14 November. Sumber gambar: NASA/JPL-Caltech

Demonstrasi ini juga perlu mengimbangi waktu yang dibutuhkan cahaya untuk melakukan perjalanan dari pesawat ruang angkasa ke Bumi dalam jarak yang sangat jauh: pada jarak terjauh Psyche dari planet kita, foton inframerah-dekat DSOC akan membutuhkan waktu sekitar 20 menit untuk kembali (membutuhkan waktu sekitar 50 menit) . detik untuk melakukan perjalanan dari Psyche ke Bumi selama tes 14 November). Pada saat itu, pesawat ruang angkasa dan planet sudah bergerak, sehingga laser uplink dan downlink harus beradaptasi dengan perubahan posisi.

“Mencapai cahaya pertama adalah pencapaian yang luar biasa. Sistem darat telah berhasil mendeteksi foton laser luar angkasa dari transceiver DSOC di kapal Psyche,” kata Abi Biswas, ahli teknologi proyek DSOC di JPL. “Dengan mengirimkan beberapa data, yang berarti kami dapat bertukar ‘potongan cahaya ringan’ ke dan dari luar angkasa.”

Lebih lanjut tentang misi

DSOC adalah yang terbaru dari serangkaian demonstrasi komunikasi optik yang didanai oleh Direktorat Misi Teknologi Luar Angkasa NASA dan program Komunikasi dan Navigasi Luar Angkasa (SCaN) dalam Direktorat Misi Operasi Luar Angkasa badan tersebut.

Misi Psyche dipimpin oleh Arizona State University. JPL bertanggung jawab atas keseluruhan manajemen misi, rekayasa sistem, integrasi dan pengujian, serta operasi misi. Psyche adalah misi ke-14 yang dipilih sebagai bagian dari Program Eksplorasi NASA di bawah Direktorat Misi Sains, yang dikelola oleh Pusat Penerbangan Luar Angkasa Marshall di Huntsville, Alabama. Program Layanan Peluncuran NASA, yang berkantor pusat di Kennedy Space Center, mengelola layanan peluncuran tersebut. Maxar Technologies dari Palo Alto, California, menyediakan struktur propulsi listrik tenaga surya berenergi tinggi untuk pesawat ruang angkasa itu.