Космическая станция «Психея» установила лазерный канал связи с Землёй
Космический аппарат «Психея» смог обменяться данными с наземными телескопами при помощи лазерного сигнала с расстояния 16 миллионов километров. Это самое большое расстояние, на котором пока удалось установить сеанс связи по оптическому каналу.
В рамках экспериментального проекта NASA оптической связи в глубоком космосе DSOC (Deep Space Optical Communications) лазерный луч с тестовыми данными на длине волны ближнего инфракрасного диапазона с борта космического аппарата «Психея» удалось направить на телескоп Хейла в Паломарской обсерватории Калифорнийского технологического института. В рамках того же сеанса связи аппарат получил сигнал с данными от передатчика на Земле. Расстояние передачи составляет 16 миллионов километров, или в 40 раз больше среднего расстояния от Земли до Луны.
Запуск космического зонда «Психея» состоялся 13 октября 2023 года. Это первый из серии научных проектов NASA, в котором для вывода в космос полезной нагрузки используются ракеты Falcon Heavy компании SpaceX. Корабль должен исследовать крупный астероид Главного Пояса с тем же именем ((16) Psyche). Диаметр Психеи около 200 километров и она входит в первую десятку астероидов по размерам. Предплагают, что Психея является остатком древней планетезимали, поэтому её изучение поможет понять раннюю эволюцию Солнечной системы. Первоначально старт корабля планировался на лето 2022 года, а достичь астероида предполагалось в 2026 году; из-за переноса старта откорректированная дата завершения миссии теперь — 2029 год. «Психея» — один из двух проектов, выигравших в 2017 году конкурс NASA Discovery относительно недорогих программ исследования Солнечной системы. Вторым проектом в этом списке стал корабль «Люси», который ещё в 2021 году отправился к астероидам на орбите Юпитера (подробнее про «Люси» см. отдельную статью).
На сегодня связь с космическими кораблями, находящимися дальше, чем орбита Луны, выполняется при помощи радиоволн. Передача сигналов в инфракрасном диапазоне позволила бы увеличить пропускную способность каналов связи в 10 — 100 раз за счёт более плотной «упаковки» данных. Поскольку инфракрасные волны имеют значительно меньшую длину волны и большую частоту, в таком пакете можно закодировать и передать ощутимо большее количество информации в единицу времени. В будущем это должно стать решающим фактором для подготовки пилотируемых и беспилотных космических проектов и поддержки научных инструментов высокого разрешения.
Возможности оптической связи уже удалось продемонстрировать на расстояниях околоземной и лунной орбиты. DSOC — первый такой эксперимент в глубоком космосе. Основная задача при этом — обеспечить точное наведение лазерного «зайчика» на обсерваторию. Из-за значительных расстояний нужно учесть и смещение космического корабля и приёмника на Земле за время прохождения сигнала. Так, на максимальном предполагаемом удалении сигнал будет идти около 20 минут, а при первых испытаниях канала связи 14 ноября время это составило 50 секунд. Даже в этом случае приёмник и передатчик существенно переместились (напомним, что скорость движения Земли по орбите примерно 30 км/сек), поэтому принимающий и передающий лазер должны соответственно компенсировать это смещение при расчёте наведения.
Пока на Земле нет специальной инфраструктуры для связи с космосом по оптическому каналу. Поэтому для эксперимента DSOC приспособили два наземных телескопа. Первый — это телескоп Хейла Паломарской обсерватории в Калифорнии, который используется для приёма сигнала. Второй инструмент располагается в обсерватории Тейбл-Маунтин на расстоянии 130 километров (Optical Communications Telescope Laboratory). Он служит передатчиком лазерного сигнала и одновременно маяком, который позволяет прибору на зонде точно навестись на цель на Земле. В ходе первого сеанса приёмник «Психеи» поймал лазерный сигнал от этого передатчика-маяка и отправил ответное сообщение на приёмник в Паломарской обсерватории. Пока что передача реальных научных данных при помощи лазера не планируется, и цель проекта — демонстрация технологии оптической связи в глубоком космосе. Предполагается, что экспериментальный оптический канал сможет передавать данные со скоростью до 264 Мбит/сек на расстояния до 390 миллиона километров. Это примерно в два с половиной раза больше расстояния от Земли до Солнца. Эксперимент продлится на протяжении первых двух лет шестилетнего путешествия «Психеи» к поясу астероидов.