ثورة ناسا الاتصالات البصرية في الفضاء السحيق (DSOC) سجل العرض التكنولوجي رقماً قياسياً جديداً للاتصالات الليزرية في الفضاء السحيق، حيث نجح في نقل إشارة عبر مسافة مذهلة تبلغ 290 مليون ميل (460 مليون كيلومتر)– أي ما يعادل أبعد مسافة بينهما أرض و يمشي. يمثل هذا الإنجاز اكتمال المرحلة الأولى من مهمة DSOC، التي تم إطلاقها على متن السفينة سفينة الفضاء النفسية على 13 أكتوبر 2023. باستخدام تكنولوجيا الليزر، تعمل وكالة ناسا على تطوير أساليب الاتصالات الفضائية لتحسين سرعة وقدرة نقل البيانات بشكل كبير للمهام المستقبلية. يمشي وما بعدها.
قفزة إلى الأمام في تكنولوجيا الاتصالات الفضائية
تم تصميم العرض التوضيحي لـ DSOC لدفع حدود نقل البيانات في الفضاء باستخدام الليزر بدلاً من أنظمة اتصالات الترددات الراديوية التقليدية. يتمتع الاتصال بالليزر بالقدرة على نقل البيانات حتى أسرع 100 مرة من الأساليب الحالية، مما يجعلها تكنولوجيا تحويلية لاستكشاف الفضاء في المستقبل. وفق ميرا سرينيفاسانمسؤول عن عمليات المشروع داخل وكالة ناسا مختبر الدفع النفاث (JPL)لقد تجاوز العرض التكنولوجي التوقعات بالفعل. “هذه الخطوة مهمة. وأوضح سرينيفاسان أن الاتصال بالليزر يتطلب مستوى عالٍ جدًا من الدقة، وقبل إطلاق Psyche، لم نكن نعرف مدى تدهور الأداء الذي سنراه على مسافاتنا الأبعد. وأضافت: “تم الآن التحقق من التقنيات التي نستخدمها للتتبع والإشارة، مما يؤكد أن الاتصالات البصرية يمكن أن تكون وسيلة قوية وتحويلية لاستكشاف النظام الشمسي. »
تستخدم تقنية DSOC جهاز إرسال واستقبال ليزر على متن الطائرة سفينة الفضاء النفسيةبالإضافة إلى محطتين أرضيتين على الأرض لإرسال واستقبال البيانات. ال تلسكوب هيل يعمل مرصد بالومار التابع لمعهد كاليفورنيا للتكنولوجيا كمحطة وصلة هابطة، حيث يستقبل إشارات الليزر من الفضاء السحيق، بينما معمل تلسكوب الاتصالات البصرية في منشأة Table Mountain التابعة لمختبر الدفع النفاث، يرسل إشارات باستخدام أداة قوية ليزر 7 كيلو وات. ويتيح هذا النظام لوكالة ناسا نقل البيانات العلمية المعقدة والصور عالية الوضوح وحتى الفيديو بسرعات غير مسبوقة عبر مسافات شاسعة.
الوصول إلى المعالم في الفضاء السحيق
أحد الأهداف الرئيسية لمهمة DSOC هو إثبات أن الاتصالات الضوئية يمكنها نقل البيانات بشكل موثوق عبر الفضاء السحيق بسرعات عالية. لقد وصلت المهمة بالفعل إلى العديد من المعالم المثيرة للإعجاب. عندما سفينة الفضاء النفسية كان 33 مليون ميل (53 مليون كيلومتر) المسافة – تقريبًا أقرب مسافة من المريخ إلى الأرض – كان النظام قادرًا على نقل البيانات بسرعته القصوى البالغة 1000 متر 267 ميغابت في الثانية. وتضاهي هذه السرعة سرعة الإنترنت عريض النطاق على الأرض، مما يمثل قفزة كبيرة للأمام في مجال الاتصالات الفضائية.
ومع تحرك المركبة الفضائية بعيدًا، انخفض معدل نقل البيانات بشكل طبيعي. بالوقت النفس كان 240 مليون ميل (390 مليون كيلومتر) من الأرض، لا يزال النظام يحافظ على معدل وصلة هابطة مستدام ومثير للإعجاب يبلغ 6.25 ميجابت في الثانيةمع ذروة 8.3 ميغابت في الثانية. وعلى الرغم من أنه أبطأ من السرعة القصوى، إلا أن هذا الأداء لا يزال أعلى بكثير مما يمكن أن تحققه أنظمة اتصالات الترددات الراديوية على مسافات مماثلة.
كما اختبر العرض التوضيحي لتقنية DSOC قدرتها على نقل كميات كبيرة من البيانات، بما في ذلك مجموعات البيانات الفريدة مثل الإصدارات الرقمية من عمل فني “مستوحى من النفس” من جامعة ولاية أريزوناصور الحيوانات الأليفة لأعضاء الفريق و فيديو عالي الوضوح مدته 45 ثانية انتحال نماذج اختبار التلفزيون القديمة. هذا الفيديو منقول من تبعد 240 مليون كيلومتريمثل أول تسلسل فائق الوضوح يتم بثه من الفضاء عبر الليزر. تقني المشروع، أبي بيسواسوأوضح أهمية هذا الإنجاز: “كان أحد الأهداف الرئيسية للنظام هو إثبات أن الانخفاض في معدل البيانات يتناسب مع المربع العكسي للمسافة. لقد حققنا هذا الهدف وقمنا بنقل كميات هائلة من بيانات الاختبار من وإلى المركبة الفضائية Psyche عبر الليزر. على 11 تيرابايت تم نقل البيانات بنجاح خلال المرحلة الأولى من هذا العرض التكنولوجي.
ماذا يعني الاتصال بالليزر للمستقبل
يعد مشروع DSOC جزءًا من جهد أوسع لوكالة ناسا للتحضير للاستكشاف البشري المستقبلي يمشي وغيرها من الأجرام السماوية البعيدة. من خلال تحسين معدلات نقل البيانات، يمكن للاتصالات الليزرية تمكين مهمات علمية أكثر تعقيدًا، بالإضافة إلى مقاطع فيديو وصور عالية الوضوح، والتي تعد ضرورية للبعثات المأهولة في المستقبل. ومن خلال التركيز على الموثوقية ونقل البيانات بسرعة عالية، يمكن لهذه التكنولوجيا أن تدعم الاتصال في الوقت الفعلي بين رواد الفضاء والتحكم في المهمة على الأرض، حتى على بعد ملايين الأميال.
يمكن لتكنولوجيا الاتصالات الليزرية التابعة لناسا أن تحسن بشكل كبير قدرات المهمة. أنظمة الترددات الراديوية التقليدية محدودة بعرض نطاقها وسرعتها، وغالبًا ما تتطلب طاقة كبيرة لنقل البيانات عبر مسافات كبيرة. ومن ناحية أخرى، تستخدم أنظمة الليزر ضوء عالي التردد (في هذه الحالة، الضوء القريب من الأشعة تحت الحمراء)، والذي يسمح بكثافة بيانات أعلى بكثير وبالتالي سرعات نقل أسرع. يسمح التردد العالي لليزر بتعبئة المزيد من البيانات في كل عملية إرسال، مما يحدث ثورة في الطريقة التي تتواصل بها وكالة ناسا مع المركبات الفضائية البعيدة عن الأرض.
يعد نجاح نظام DSOC في نقل البيانات عالية الوضوح عبر مسافات هائلة خطوة حاسمة نحو دعم أنواع المهام التي تتصورها ناسا للمستقبل، بما في ذلك البعثات المأهولة إلى المريخ. يمكن لتكنولوجيا الاتصالات بالليزر أن تقلل بشكل كبير من الوقت اللازم لإرسال واستقبال المعلومات، وتحسين كفاءة المهمة وتوسيع إمكانيات استكشاف الفضاء السحيق.
المراحل المستقبلية لمشروع DSOC
على الرغم من اكتمال المرحلة الأولى من مهمة DSOC، تخطط ناسا لمواصلة اختبار التكنولوجيا وتحسينها. ستبدأ المرحلة التالية في نوفمبر 2024بعد أن خضع النظام لفترة توقف قصيرة لاختبار وظائفه على المدى الطويل. كين اندروزوصف مدير عمليات الطيران للمشروع في مختبر الدفع النفاث الخطوات التالية: “سنقوم بتشغيل جهاز الإرسال والاستقبال الليزري للطيران وإجراء فحص موجز لوظائفه. بمجرد تحقيق هذا الهدف، يمكننا أن نأمل في استغلال جهاز الإرسال والاستقبال لقدراته التصميمية الكاملة خلال مرحلة ما بعد الوصل التي ستبدأ في وقت لاحق من هذا العام.
ستتضمن هذه المرحلة التالية اختبار قدرة النظام على العمل لفترات زمنية أطول وعلى مسافات أكبر، حيث تواصل Psyche رحلتها نحو الكويكب الغني بالمعادن تقع في حزام الكويكبات الرئيسي بين المريخ والمشتري. ستوفر مهمة Psyche طويلة الأمد فرصًا جديدة لاختبار اتصالات الليزر على مدى فترات زمنية طويلة، مما يوفر لناسا بيانات مهمة حول كيفية أداء النظام في الظروف القاسية للفضاء السحيق.
تتم إدارة مهمة DSOC بواسطة مديرية مهمة تكنولوجيا الفضاء التابعة لناسا (STMD)بدعم من العديد من الشركاء، بما في ذلك مختبر معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا لينكولن, L3 هاريس, فيبريتيكو مراصد كالتك البصرية. ويعتمد العرض على سنوات من البحث والتطوير في مجال تقنيات الاتصالات البصرية، والتي طورتها ناسا من خلال برامج مختلفة.
