Национальное аэрокосмическое агентство США (NASA) намерено отправить в космос лазерный приемопередатчик ближнего инфракрасного диапазона для испытания системы, которую в будущем можно будет использовать для связи с астронавтами на Марсе.

Необходимое оборудование системы Deep Space Optical Communications (DSOC) будет внедрено в автоматическую межпланетную станцию Psyche, предназначенную для исследования астероида «Психея». Запустить космический аппарат планируется 5 октября. Полет к астероиду диаметром 225 км, который расположен в поясе астероидов между орбитами Марса и Юпитера, займет около двух лет. В течение этого времени оборудование DSOC будет протестировано для связи с двумя земными станциями, находящимися в Южной Калифорнии.

По мнению NASA, лазеры DSOC ближнего инфракрасного диапазона могут превзойти современные радиосистемы, используемыми в космосе, по эффективности передачи данных в 10-100 раз. Возможность обеспечения широкополосной лазерной связи в космосе была успешно доказана для околоземной орбиты и в контексте связи со спутниками на орбите Луны, однако долгие расстояния крайнего космоса представляют новые технические сложности.

На поверхности Марса марсоход Perseverance может поддерживать связь со скоростью 2 Мбит/с. Орбитальный марсианский зонд Reconnaissance Orbiter в свою очередь может передавать данные на Землю со скоростью от 0,5 до 4 Мбит/с. Увеличение этих скоростей с использованием лазеров в 10-100 раз будет значительным преимуществом, несмотря на ограничения скорости света, которые мешают организации синхронной связи между Землей и Марсом.

Система DSOC использует свет ближнего инфракрасного диапазона, способный передавать больше данных по сравнению с радиоволнами. Это позволяет земным станциям одновременно получать больше информации. Космические аппараты в далеком космосе смогут отправлять на Землю более детальные изображения или даже видео, полученные с их камер.

Для приема команд приемопередатчик DSOC будет использовать камеру зонда, прикрепленную к телескопу с диаметром апертуры 22 см, для автоматического сканирования и захвата лазерного сигнала ближнего инфракрасного диапазона, передаваемого из лаборатории NASA Optical Communication Telescope Laboratory в Калифорнии. Данные также будут передаваться на 5,1-метровый телескоп Хейла в Паломарской обсерватории Калифорнийского технологического института.

Для устранения любых шумов в сигнале фотонного детектора, используемого в телескопе Хейла, он охлаждается криогенно. Это позволит более эффективно обнаруживать лазерные передачи от DSOC. По мере удаления аппарата Psyche от Земли и его приближения к астероиду «Психея», время, необходимое для отправки и приема сигналов от DSOC, будет постепенно увеличиваться. Предполагается, что максимальное расстояние, на котором будет осуществляться передача данных с использованием системы DSOC, составит более 300 млн км.

Чтобы гарантировать успешный прием сигнала связи от Земли, лазерному приемопередатчику DSOC были добавлены специальные распорки, которые надежно удерживают телескоп аппарата Psyche на месте, предотвращая воздействие вибраций.

«Каждый компонент DSOC представляет собой новую технологию — от мощных лазеров восходящей линии связи до системы наведения приёмопередатчика телескопа и чрезвычайно чувствительных сенсоров, которые могут улавливать отдельные фотоны. Команде проекта даже пришлось разработать новые методы обработки сигналов, чтобы иметь возможность максимально повысить эффективность получения информации из таких слабых сигналов, передаваемых на огромные расстояния», — отметил руководитель проекта DSOC Билл Клипштейн из Лаборатории оптической связи NASA.