DSOC soll am 12. Oktober mit der Psyche-Mission starten und Technologien demonstrieren, die es der Agentur ermöglichen, höhere Datenraten aus dem Weltraum zu übertragen.
Das bahnbrechende Deep Space Optical Communications (DSOC)-Experiment der NASA wird die erste Demonstration von Laser- oder optischer Kommunikation aus so großen Entfernungen wie dem Mars sein. Mit dem Start der Psyche-Mission der NASA zu einem gleichnamigen metallreichen Asteroiden am Donnerstag, dem 12. Oktober, wird das DSOC Schlüsseltechnologien testen, die es künftigen Missionen ermöglichen sollen, dichtere wissenschaftliche Daten zu übertragen und sogar Videos vom Roten Planeten zu streamen.
Hier sind fünf Dinge, die Sie über diese hochmoderne Technologiedemonstration wissen sollten:
1. DSOC ist das erste Mal, dass die NASA testet, wie Laser die Datenübertragung aus dem Weltraum verbessern könnten.
Bisher nutzte die NASA für die Kommunikation mit Missionen, die über den Mond hinausgehen, ausschließlich Radiowellen. Ähnlich wie Glasfasern bei steigendem Datenbedarf alte Telefonleitungen auf der Erde ersetzen, wird der Übergang von der Funkkommunikation zur optischen Kommunikation höhere Datenraten im gesamten Sonnensystem ermöglichen, mit einer 10- bis 100-fachen Kapazität gegenüber derzeit hochmodernen Systemen von Raumfahrzeugen genutzt. Dies wird zukünftige menschliche und robotische Erkundungsmissionen besser ermöglichen und gleichzeitig wissenschaftliche Instrumente mit höherer Auflösung unterstützen.
Erfahren Sie mehr darüber, wie DSOC zum ersten Mal zum Testen der Datenübertragung mit hoher Bandbreite jenseits des Mondes eingesetzt wird – und wie es die Erforschung des Weltraums verändern könnte. Bildnachweis: NASA/JPL-Caltech
2. Die Tech-Demo umfasst Geräte sowohl im Weltraum als auch auf der Erde.
Der DSOC-Fluglaser-Transceiver ist ein Experiment, das an der NASA-Raumsonde Psyche angebracht ist, aber Psyche verlässt sich für den Missionsbetrieb auf traditionelle Funkkommunikation. Der Laser-Transceiver verfügt sowohl über einen Nahinfrarot-Lasersender zum Senden von Hochgeschwindigkeitsdaten zur Erde als auch über eine empfindliche Photonenzählkamera zum Empfang eines von der Erde gesendeten Laserstrahls. Doch der Transceiver ist nur ein Teil der Technologiedemonstration.
Auf der Erde gibt es keine spezielle Infrastruktur für die optische Kommunikation im Weltraum. Daher wurden für DSOC zwei Bodenteleskope aktualisiert, um mit dem Fluglaser-Transceiver zu kommunizieren. Das Jet Propulsion Laboratory der NASA in Südkalifornien wird das Operationsteam beherbergen, und ein leistungsstarker Nahinfrarot-Lasersender wurde in das Optical Communications Telescope Laboratory am JPL-Standort Table Mountain in der Nähe von Wrightwood, Kalifornien, integriert. Der Sender sendet ein moduliertes Lasersignal an den Flug-Transceiver des DSOC und dient als Leuchtfeuer oder Zielreferenz, sodass der zurückgegebene Laserstrahl genau auf die Erde gerichtet werden kann.
Die vom Flugtransceiver gesendeten Daten werden vom 200 Zoll (5,1 Meter) großen Hale-Teleskop am Palomar-Observatorium von Caltech im San Diego County, Kalifornien, gesammelt, das mit einem speziellen supraleitenden hocheffizienten Detektorarray ausgestattet ist.
3. DSOC wird mit einzigartigen Herausforderungen konfrontiert sein.
DSOC soll während der ersten zwei Jahre von Psyches sechsjähriger Reise zum Asteroidengürtel eine Hochgeschwindigkeitsübertragung von Daten über Entfernungen von bis zu 240 Millionen Meilen (390 Millionen Kilometer) – mehr als das Doppelte der Entfernung zwischen Sonne und Erde – demonstrieren .
Je weiter sich Psyche von unserem Planeten entfernt, desto schwächer wird das Laserphotonensignal, wodurch es immer schwieriger wird, die Daten zu entschlüsseln. Eine zusätzliche Herausforderung besteht darin, dass die Photonen länger brauchen, um ihr Ziel zu erreichen, was zu einer Verzögerung von über 20 Minuten in der entferntesten Entfernung der Tech-Demo führt. Da sich die Positionen der Erde und des Raumfahrzeugs während der Ausbreitung der Photonen ständig ändern, müssen die DSOC-Boden- und Flugsysteme einen Ausgleich schaffen und darauf hinweisen, wo sich der Bodenempfänger (bei Palomar) und der Flugtransceiver (auf Psyche) befinden werden, wenn die Photonen fliegen ankommen.
4. Spitzentechnologien werden zusammenarbeiten, um sicherzustellen, dass die Laser ihr Ziel erreichen und Daten mit hoher Bandbreite aus dem Weltraum empfangen werden.
Der Fluglaser-Transceiver und der bodengestützte Lasersender müssen mit großer Präzision ausrichten. Das Erreichen ihrer Ziele ist so, als würde man einen Cent aus einer Meile Entfernung schlagen, während sich der Cent bewegt. Daher muss der Transceiver von den Vibrationen des Raumfahrzeugs isoliert werden, die andernfalls dazu führen würden, dass der Laserstrahl vom Ziel abweicht. Zunächst wird Psyche den Flug-Transceiver in Richtung Erde richten, während autonome Systeme auf dem Flug-Transceiver, unterstützt durch den Table Mountain-Uplink-Beacon-Laser, die Ausrichtung des Downlink-Lasersignals zum Palomar-Observatorium steuern.
In das Hale-Teleskop ist ein von JPL entwickelter, kryogen gekühlter, supraleitender Nanodraht-Photonenzähl-Array-Empfänger integriert. Das Instrument ist mit einer Hochgeschwindigkeitselektronik ausgestattet, um die Ankunftszeit einzelner Photonen aufzuzeichnen und das Signal zu dekodieren. Das DSOC-Team hat sogar neue Signalverarbeitungstechniken entwickelt, um Informationen aus den schwachen Lasersignalen herauszupressen, die über Dutzende bis Hunderte Millionen Kilometer übertragen werden.
5. Dies ist das neueste optische Kommunikationsprojekt der NASA.
Im Jahr 2013 testete die Lunar Laser Communications Demonstration der NASA rekordverdächtige Uplink- und Downlink-Datenraten zwischen der Erde und dem Mond. Im Jahr 2021 startete die Laser Communications Relay Demonstration der NASA, um die Fähigkeiten optischer Kommunikationsrelais mit hoher Bandbreite aus der geostationären Umlaufbahn zu testen, sodass Raumfahrzeuge für die Kommunikation keine direkte Sichtlinie zur Erde benötigen. Und letztes Jahr übertrug das TeraByte InfraRed Delivery-System der NASA die bisher höchste Datenrate von einem Satelliten im erdnahen Orbit auf einen bodengestützten Empfänger.
DSOC bringt optische Kommunikation in den Weltraum und ebnet den Weg für Kommunikation mit hoher Bandbreite jenseits des Mondes und 1.000-mal weiter als jeder bisherige optische Kommunikationstest. Wenn dies gelingt, könnte die Technologie zu Kommunikationen mit hoher Datenrate und gestreamten, hochauflösenden Bildern führen, die dazu beitragen werden, den nächsten großen Sprung der Menschheit zu unterstützen: wenn die NASA Astronauten zum Mars schickt.