قامت تجربة في الفضاء السحيق على متن مركبة الفضاء Psyche التابعة لناسا بتسليم رسالة عبر الليزر إلى الأرض من مسافة أبعد من القمر للمرة الأولى، وهو إنجاز يمكن أن يغير طريقة تواصل المركبات الفضائية.
في أبعد عرض على الإطلاق لهذا النوع من الاتصالات البصرية، أرسلت الاتصالات الضوئية في الفضاء العميق (DSOC) ليزرًا قريبًا من الأشعة تحت الحمراء مشفرًا ببيانات اختبار من موقعها على بعد حوالي 10 ملايين ميل (16 مليون كيلومتر)، أو حوالي 40 مرة. . أبعد من القمر عن الأرض – إلى تلسكوب هيل في مرصد بالومار التابع لمعهد كاليفورنيا للتكنولوجيا في كاليفورنيا.
إن DSOC عبارة عن عرض تقني لمدة عامين على Psyche أثناء تحركها نحو هدفها الأساسي، الكويكب Psyche. وصلت التجربة إلى “أول إطلاق” في 14 نوفمبر، وفقًا لمختبر الدفع النفاث (JPL) التابع لناسا، والذي يدير كلتا المهمتين، وذلك بفضل مناورة دقيقة بشكل لا يصدق شهدت قفل جهاز الإرسال والاستقبال الليزري الخاص به على منارة الليزر القوية الخاصة بمختبر الدفع النفاث في مرصد جبل الطاولة. . مما سمح لجهاز الإرسال والاستقبال DSOC بتوجيه ليزر الوصلة الهابطة إلى مرصد معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا على بعد 130 كيلومترًا (100 ميل).
“يعد الوصول إلى أول ضوء أحد المعالم الحاسمة العديدة لـ DSOC في الأشهر المقبلة، مما يمهد الطريق لاتصالات بمعدل بيانات أعلى قادرة على إرسال معلومات علمية وصور عالية الوضوح ومقاطع فيديو متدفقة لدعم القفزة العملاقة التالية للبشرية: إرسال البشر. وقالت ترودي كورتيس، مديرة العروض التكنولوجية في مقر وكالة ناسا، في بيان لها: “إلى المريخ”. إفادة.
تم استخدام الاتصالات البصرية لإرسال الرسائل من مدار الأرض من قبل، لكنها أطول مسافة قطعتها أشعة الليزر على الإطلاق. في شعاع الليزر، ينتقل شعاع الفوتون في نفس الاتجاه وبنفس الطول الموجي. يمكن للاتصالات بالليزر نقل كميات كبيرة من البيانات بسرعات غير مسبوقة عن طريق تجميع البيانات في تذبذبات هذه الموجات الضوئية، وترميز إشارة بصرية يمكنها نقل الرسائل إلى جهاز الاستقبال عبر أشعة الأشعة تحت الحمراء (غير مرئية للبشر).
يمكنك رؤية جهاز الإرسال والاستقبال الليزري للطيران المغطى بالذهب الخاص بـ DSOC على Psyche عندما تم تثبيته في منشأة Astrotech Space Operations التابعة لناسا في ديسمبر 2022.
حقوق الصورة: ناسا/بن سميجيلسكي
تستخدم وكالة ناسا عادة موجات الراديو للتواصل مع البعثات البعيدة عن القمر، وكلاهما يستخدم الموجات الكهرومغناطيسية لنقل البيانات، ولكن ميزة أشعة الليزر هي أنه يمكن تجميع المزيد من البيانات في موجات أكثر إحكاما. وفقًا لوكالة ناسا، يهدف عرض تقنية DSOC إلى إظهار معدلات إرسال أعلى بـ 10 إلى 100 مرة من أفضل أنظمة الاتصالات اللاسلكية الحالية.
إن تمكين نقل المزيد من البيانات سيسمح للبعثات المستقبلية بحمل أدوات علمية ذات دقة أعلى بكثير وتمكين اتصالات أسرع في مهمات الفضاء السحيق المحتملة – على سبيل المثال، بث فيديو مباشر من السطح من المريخ.
وقال الدكتور جيسون ميتشل، مدير قسم تقنيات الاتصالات المتقدمة والملاحة ضمن برنامج الاتصالات والملاحة الفضائية التابع لوكالة ناسا: “يعد الاتصال البصري بمثابة نعمة للعلماء والباحثين الذين يريدون المزيد من مهماتهم الفضائية وسيمكنهم من استكشاف الإنسان للفضاء السحيق”. . . “المزيد من البيانات يعني المزيد من الاكتشافات.”
ومع ذلك، هناك بعض التحديات التي يجب تجربتها أولاً. كلما زادت المسافة التي يجب أن يقطعها الاتصال البصري، أصبح الأمر أكثر صعوبة، لأنه يتطلب دقة بالغة لتوجيه شعاع الليزر. بالإضافة إلى ذلك، ستصبح إشارة الفوتون أضعف، وتستغرق وقتًا أطول للوصول إلى وجهتها، مما قد يؤدي إلى تأخير في الاتصال.
وفي اختبار 14 نوفمبر، استغرقت الفوتونات حوالي 50 ثانية للانتقال من سايكي إلى الأرض. بحلول الوقت الذي تصل فيه Psyche إلى أبعد مسافة لها، سيستغرق الأمر حوالي 20 دقيقة للرجوع إلى الخلف، وهي فترة كافية لتحرك كل من الأرض والمركبة الفضائية، لذا يجب على أشعة الليزر الموجودة على كليهما التكيف مع موضع التغيير هذا.
حتى الآن، كان عرض التكنولوجيا القياسية ناجحًا للغاية. “[The] قالت ميرا سرينيفاسان، مديرة عمليات DSOC في مختبر الدفع النفاث: “كان الاختبار هو الأول الذي يدمج بشكل كامل الأصول الأرضية وجهاز الإرسال والاستقبال للطيران، مما يتطلب من فرق التشغيل DSOC وPsyche العمل جنبًا إلى جنب”. “لقد كان تحديًا هائلًا، ولا يزال أمامنا الكثير من العمل للقيام به، ولكن لفترة قصيرة تمكنا من إرسال بعض البيانات واستقبالها وفك تشفيرها.”
أو كما يقول أبي بيسواس، تقني مشروع DSOC في مختبر الدفع النفاث: “[We] كانوا قادرين على تبادل “قطع الضوء” من وإلى الفضاء السحيق. يمكن أن يؤدي تبادل أجزاء من الضوء من وإلى الفضاء السحيق إلى تغيير قواعد اللعبة في كيفية تواصلنا في استكشاف الفضاء.
