Et rum-eksperiment om bord på NASA's Psyche-rumfartøj sendte en besked via laser til Jorden fra langt ud over Månen for første gang sidste år. Det er en bedrift, der kan forvandle, hvordan rumfartøjer kommunikerer.
I den hidtil længste demonstration af denne form for optisk kommunikation sendte Deep Space Optical Communications (DSOC) en nær-infrarød laser kodet med testdata fra sin position omkring 16 millioner kilometer væk - cirka 40 gange længere væk end Månen er fra Jorden - til Hale-teleskopet ved Caltech's Palomar Observatory i Californien.
DSOC er en toårig teknologidemonstration, der følger med Psyche-rumfartøjet på sin rejse til asteroiden Psyche. Ifølge NASA's Jet Propulsion Laboratory (JPL), som styrer begge missioner, opnåede demonstrationen 'første lys' den 14. november takket være en utrolig præcis manøvre, hvor den låste sig fast på JPL's kraftige laser ved Table Mountain Observatory. Dette tillod DSOC's transceiver at rette sin laser mod Caltech's observatorium 130 kilometer væk.
"Opnåelsen af første lys er et af mange kritiske DSOC-milepæle i de kommende måneder, hvilket baner vejen for højere datahastighedskommunikation, der kan sende videnskabelige oplysninger, højopløsningsbilleder og streamingvideo til støtte for menneskehedens næste store skridt: at sende mennesker til Mars," sagde Trudy Kortes, direktør for Technology Demonstrations ved NASA HQ, i en erklæring ifølge IFL Science.
Optisk kommunikation er blevet brugt til at sende beskeder fra Jordens kredsløb før, men dette er den længste afstand endnu ved hjælp af laserstråler. I en laserstråle bevæger strålen af fotoner sig i samme retning ved samme bølgelængde.
Laserkommunikation kan transmittere enorme mængder data med hidtil uset hastighed ved at pakke data ind i disse lysbølgers svingninger, hvilket koder et optisk signal, der kan bære beskeder til en modtager via infrarøde stråler (usynlige for mennesker).
NASA bruger normalt radiobølger til at kommunikere med missioner længere væk end Månen, og begge bruger elektromagnetiske bølger til at overføre data, men fordelen ved laserstråler er, at meget mere data kan pakkes ind i meget strammere bølger. Ifølge NASA sigter DSOC-demoen på at vise transmissionshastigheder 10 til 100 gange større end nuværende kommunikationssystemer.
Tilladelsen til at sende mere data vil give fremtidige missioner mulighed for at tage videnskabelige instrumenter i meget højere opløsning med sig samt tillade hurtigere kommunikation på potentielle dybe rummissioner - for eksempel video-livestreams fra Mars' overflade.
"Optisk kommunikation er en gave for forskere og forskere, der altid ønsker mere fra deres rummissioner, og vil muliggøre menneskelig udforskning af det dybe rum. Mere data betyder flere opdagelser," sagde Dr. Jason Mitchell, direktør for Advanced Communications and Navigation Technologies Division inden for NASA's Space Communications and Navigation program.
Der er dog nogle udfordringer, der først skal testes. Jo længere afstanden optisk kommunikation skal rejse, jo sværere bliver det, da det kræver præcis præcision at rette laserstrålen. Derudover vil fotonernes signal blive svagere og tage længere tid at nå deres destination, hvilket til sidst skaber forsinkelser i kommunikationen.
Under testen den 14. november tog det omkring 50 sekunder for fotonerne at rejse fra Psyche til Jorden. Når Psyche når sin længste afstand, vil det tage omkring 20 minutter for dem at rejse tilbage - dette er længe nok til, at både Jorden og rumfartøjet har bevæget sig, så lasere på begge skal justere sig for denne ændring af position.
Indtil videre har denne teknologidemonstration været meget vellykket.
"Testen var den første til fuldt ud at inkorporere de jordbaserede aktiver og transceiver, hvilket krævede, at DSOC- og Psyche-hold arbejdede i tandem," sagde Meera Srinivasan, operationsleder for DSOC ved JPL.
"Det var en formidabel udfordring, og vi har meget mere arbejde foran os, men i en kort periode var vi i stand til at transmittere, modtage og afkode nogle data."
"Vi var i stand til at udveksle 'lyspunkter' fra og til det dybe rum," sagde EAbi Biswas, projektteknolog for DSOC ved JPL.
Udveksling af lyspunkter til og fra det dybe rum kan være afgørende for, hvordan vi kommunikerer i rumudforskning i fremtiden.
