Forscher berichten über neue Ergebnisse des Technologie-Demonstrationsprojekts Deep Space Optical Communications (DSOC) der NASA, das neue fortschrittliche Laserquellen für die optische Kommunikation im Weltraum entwickelt und testet. Die Fähigkeit, optische Freiraumkommunikation im gesamten Sonnensystem durchzuführen, würde die Fähigkeiten der derzeit verwendeten Funkkommunikationssysteme übersteigen und die Bandbreite bereitstellen, die für zukünftige Weltraummissionen erforderlich ist, um große Datenmengen, einschließlich hochauflösender Bilder und Videos, zu übertragen.
Das Demonstrationssystem besteht aus einem Fluglaser-Transceiver, einem Bodenlasersender und einem Bodenlaserempfänger. Der Downlink-Sender wurde auf der Raumsonde Psyche installiert, die zu einem einzigartigen Metallasteroiden namens Psyche reisen wird, der die Sonne zwischen Mars und Jupiter umkreist.
Malcolm. W. Wright vom Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology, wird die Funktions- und Umgebungstestergebnisse der DSOC-Downlink-Fluglaser-Senderbaugruppe und der Boden-Uplink-Senderbaugruppe auf der präsentieren Optica Laserkongress11.-15. Dezember 2022.
Die Validierung der optischen Kommunikation im Weltraum wird das Rückströmen von hochauflösenden Bildern während der robotischen und bemannten Erkundung von Planetenkörpern ermöglichen, wobei Ressourcen verwendet werden, die mit hochmoderner Hochfrequenz-Telekommunikation vergleichbar sind.
Übertragung in den Weltraum
Obwohl die optische Freiraumkommunikation vom Weltraum zum Boden in Entfernungen bis zum Mond demonstriert wurde, erfordert die Ausweitung solcher Verbindungen auf Reichweiten im tiefen Weltraum neue Arten von Lasersendern. Der Downlink-Fluglaser muss eine hohe Photoneneffizienz aufweisen und gleichzeitig eine Spitzenleistung von nahezu Kilowatt unterstützen. Der Uplink-Laser erfordert mittlere Leistungen von mehreren Kilowatt mit schmaler Linienbreite, guter Strahlqualität und niedrigen Modulationsraten.
Die Fluglaser-Senderbaugruppe verwendet einen Er-Yb-Co-dotierten faserbasierten Hauptoszillator-Leistungsverstärkerlaser mit einer Durchschnittsleistung von 5 W und diskreten Impulsbreiten von 0,5 bis 8 ns in einem polarisierten Ausgangsstrahl bei 1550 nm mit einem Extinktionsverhältnis von mehr als 33 dB. Der Laser bestand Verifizierungs- und Umgebungstests, bevor er in Raumfahrzeuge integriert wurde. End-to-End-Tests des Fluglasersenders mit der Bodenempfängerbaugruppe validierten auch die Leistung der optischen Verbindung für eine Vielzahl von Impulsformaten und verifizierten die Schnittstelle zur DSOC-Elektronikbaugruppe.
Einen neuen Ansatz starten
Die Boden-Uplink-Senderbaugruppe kann optische Verbindungen mit bis zu 5,6 kW Durchschnittsleistung bei 1064 nm unterstützen. Es umfasst faserbasierte Lasersender mit zehn Kilowatt und kontinuierlicher Wellenlänge, die modifiziert wurden, um die Modulationsformate zu unterstützen. Ein entfernt platzierter Kühler sorgt für das thermische Management der Laser und Netzteile. Der Uplink-Laser stellt auch ein Leuchtfeuer bereit, auf das sich der Flugtransceiver aufsetzen kann.
„Die Verwendung mehrerer einzelner Laserquellen, die sich durch Subaperturen auf dem Hauptspiegel des Teleskops ausbreiten, entlastet den Energiebedarf von einer einzigen Quelle“, sagte Wright. „Es ermöglicht auch die Abschwächung atmosphärischer Turbulenzen und reduziert die Leistungsdichte auf den Teleskopspiegeln.“
Jetzt, da die Tests auf Raumfahrzeugebene abgeschlossen sind, wird das Psyche-Raumschiff – mit dem Fluglaser-Transceiver an Bord – in eine Trägerrakete integriert. Die Demonstration der DSOC-Technologie beginnt kurz nach dem Start und dauert ein Jahr, während sich das Raumschiff von der Erde wegbewegt und schließlich einen Vorbeiflug am Mars durchführt.
Mehr Informationen:
www.nasa.gov/mission_pages/tdm/dsoc/index.html