Un equipo prepara la nave espacial Psyche de la NASA para su lanzamiento dentro de la Instalación de Operaciones Espaciales Astrotech cerca del Centro Espacial Kennedy de la agencia en Florida el 8 de diciembre de 2022. Psyche se lanzará sobre un cohete SpaceX Falcon Heavy desde el Complejo de Lanzamiento 39A en Kennedy. Crédito: NASA/Ben Smegelsky
NASAEl experimento de Comunicaciones Ópticas en el Espacio Profundo también interactuó con el sistema de comunicación de la nave espacial Psyche por primera vez, transmitiendo datos de ingeniería a la Tierra.
A bordo de la nave espacial Psyche de la NASA, la demostración de tecnología de comunicaciones ópticas en el espacio profundo de la agencia continúa batiendo récords. Si bien la nave espacial con destino a asteroides no depende de comunicaciones ópticas para enviar datos, la nueva tecnología ha demostrado que está a la altura de la tarea. Después de interactuar con el transmisor de radiofrecuencia de Psyche, la demostración de comunicaciones láser envió una copia de datos de ingeniería desde más de 140 millones de millas (226 millones de kilómetros) de distancia, 1½ veces la distancia entre la Tierra y el Sol.
Este logro ofrece una idea de cómo las naves espaciales podrían utilizar las comunicaciones ópticas en el futuro, permitiendo comunicaciones de mayor velocidad de datos de información científica compleja, así como imágenes y vídeos de alta definición en apoyo del próximo gran salto de la humanidad: enviar humanos a Marte.
Esta visualización muestra la posición de la nave espacial Psyche el 8 de abril cuando el transceptor láser de vuelo DSOC transmitió datos a una velocidad de 25 Mbps a lo largo de 140 millones de millas a una estación de enlace descendente en la Tierra. Crédito: NASA/JPL-Caltech
“Transmitimos unos 10 minutos de datos duplicados de la nave espacial durante un pase el 8 de abril”, dijo Meera Srinivasan, líder de operaciones del proyecto en el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA en el sur de California. “Hasta entonces, habíamos estado enviando datos de pruebas y diagnósticos en nuestros enlaces descendentes desde Psyche. Esto representa un hito importante para el proyecto al mostrar cómo las comunicaciones ópticas pueden interactuar con el sistema de comunicaciones por radiofrecuencia de una nave espacial”.
La tecnología de comunicaciones láser en esta demostración está diseñada para transmitir datos desde el espacio profundo a velocidades de 10 a 100 veces más rápidas que los sistemas de radiofrecuencia de última generación utilizados por las misiones al espacio profundo en la actualidad.
Después de su lanzamiento el 13 de octubre de 2023, la nave espacial se mantiene saludable y estable mientras viaja hacia el cinturón de asteroides principal entre Marte y Júpiter para visitar el asteroide Psyche.
Superando las expectativas
La demostración de comunicaciones ópticas de la NASA ha demostrado que puede transmitir datos de prueba a una velocidad máxima de 267 megabits por segundo (Mbps) desde el láser de enlace descendente de infrarrojo cercano del transceptor láser de vuelo, una velocidad de bits comparable a las velocidades de descarga de Internet de banda ancha.
Esto se logró el 11 de diciembre de 2023, cuando el experimento transmitió un vídeo de ultra alta definición de 15 segundos a la Tierra desde 19 millones de millas de distancia (31 millones de kilómetros, o aproximadamente 80 veces la distancia Tierra-Luna). El vídeo, junto con otros datos de prueba, incluidas versiones digitales de la obra de arte Psyche Inspired de la Universidad Estatal de Arizona, se cargaron en el transceptor láser de vuelo (ver imagen a continuación) antes del lanzamiento de Psyche el año pasado.
El transceptor láser de vuelo de demostración de la tecnología de Comunicaciones Ópticas del Espacio Profundo (DSOC) se muestra en el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA en el sur de California en abril de 2021, antes de ser instalado dentro de su recinto en forma de caja que luego se integró con la nave espacial Psyche de la NASA. El transceptor consta de un transmisor láser de infrarrojo cercano para enviar datos de alta velocidad a la Tierra y una cámara sensible de conteo de fotones para recibir datos de baja velocidad transmitidos desde tierra. El transceptor está montado sobre un conjunto de puntales y actuadores (como se muestra en esta fotografía) que estabiliza la óptica frente a las vibraciones de la nave espacial. Crédito: NASA/JPL-Caltech
Ahora que la nave espacial está más de siete veces más lejos, la velocidad a la que puede enviar y recibir datos se reduce, como se esperaba. Durante la prueba del 8 de abril, la nave espacial transmitió datos de prueba a una velocidad máxima de 25 Mbps, lo que supera con creces el objetivo del proyecto de demostrar que al menos 1 Mbps era posible a esa distancia.
El equipo del proyecto también ordenó al transceptor que transmitiera ópticamente datos generados por Psyche. Mientras Psyche transmitía datos a través de su canal de radiofrecuencia a la Red de Espacio Profundo (DSN) de la NASA, el sistema de comunicaciones ópticas transmitía simultáneamente una parte de los mismos datos al Telescopio Hale en el Observatorio Palomar de Caltech en el condado de San Diego, California, el principal de la demostración tecnológica. estación terrestre de enlace descendente.
“Después de recibir los datos del DSN y Palomar, verificamos los datos de enlace descendente óptico en JPL”, dijo Ken Andrews, líder de operaciones de vuelo del proyecto en JPL. “Fue una pequeña cantidad de datos transferidos en un corto período de tiempo, pero el hecho de que estemos haciendo esto ahora ha superado todas nuestras expectativas”.
Diversión con láseres
Después del lanzamiento de Psyche, la demostración de comunicaciones ópticas se utilizó inicialmente para descargar datos precargados, incluido el video del gato Taters. Desde entonces, el proyecto ha demostrado que el transceptor puede recibir datos del láser de enlace ascendente de alta potencia en las instalaciones del JPL en Table Mountain, cerca de Wrightwood, California. Los datos pueden incluso enviarse al transceptor y luego transmitirse de regreso a la Tierra esa misma noche, como demostró el proyecto en un reciente “experimento de recuperación”.
Este experimento transmitió datos de prueba, así como fotografías digitales de mascotas, a Psyche y viceversa, en un viaje de ida y vuelta de hasta 280 millones de millas (450 millones de kilómetros). También descargó grandes cantidades de datos de ingeniería propios de la demostración técnica para estudiar las características del enlace de comunicaciones ópticas.
“Hemos aprendido mucho sobre hasta dónde podemos llevar el sistema cuando tenemos cielos despejados, aunque las tormentas han interrumpido las operaciones tanto en Table Mountain como en Palomar en ocasiones”, dijo Ryan Rogalin, líder de electrónica del receptor del proyecto en JPL. (Mientras que las comunicaciones por radiofrecuencia pueden funcionar en la mayoría de las condiciones climáticas, las comunicaciones ópticas requieren cielos relativamente despejados para transmitir datos de gran ancho de banda).
La Estación Espacial Profunda 13 en el complejo Goldstone de la NASA en California, parte de la Red de Espacio Profundo de la agencia, es una antena experimental a la que se le ha adaptado un terminal óptico. Por primera vez, esta prueba de concepto recibió señales de radiofrecuencia y láser del espacio profundo al mismo tiempo. Crédito: NASA/JPL-Caltech
JPL dirigió recientemente un experimento para combinar Palomar, la antena óptica de radiofrecuencia experimental en el Complejo de Comunicaciones del Espacio Profundo Goldstone del DSN en Barstow, California, y un detector en Table Mountain para recibir la misma señal en concierto. “Disponer” varias estaciones terrestres para imitar un receptor grande puede ayudar a potenciar la señal del espacio profundo. Esta estrategia también puede ser útil si una estación terrestre se ve obligada a desconectarse debido a las condiciones climáticas; otras estaciones aún pueden recibir la señal.
Más sobre la misión
Gestionada por el JPL, esta demostración es la última de una serie de experimentos de comunicación óptica financiados por el programa de Misiones de Demostración de Tecnología (TDM) de la Dirección de Misiones de Tecnología Espacial de la NASA y el programa SCaN (Comunicaciones y Navegación Espaciales) de la agencia dentro de la Dirección de Misiones de Operaciones Espaciales. El desarrollo del transceptor láser de vuelo cuenta con el apoyo de MIT Lincoln Laboratory, L3 Harris, CACI, First Mode y Controlled Dynamics Inc., y Fibertek, Coherent y Dotfast respaldan los sistemas terrestres. Parte de la tecnología se desarrolló a través del programa de Investigación de Innovación para Pequeñas Empresas de la NASA.
La Universidad Estatal de Arizona lidera la misión Psyche. JPL es responsable de la gestión general de la misión, la ingeniería de sistemas, la integración y pruebas, y las operaciones de la misión. Psyche es la decimocuarta misión seleccionada como parte del Programa Discovery de la NASA bajo la Dirección de Misiones Científicas, administrada por el Centro Marshall de Vuelos Espaciales de la agencia en Huntsville, Alabama. El Programa de Servicios de Lanzamiento de la NASA, con sede en el Centro Espacial Kennedy de la agencia en Florida, gestionó el servicio de lanzamiento. Maxar Technologies proporcionó el chasis de la nave espacial de propulsión eléctrica solar de alta potencia desde Palo Alto, California.
