美國(guó)宇航局的DSOC由連接到Psyche的飛行激光收發(fā)器和將發(fā)送和接收激光信號(hào)的地面系統(tǒng)組成。從左上順時(shí)針?lè)较?連接有DSOC的深空波西卡飛船，飛行激光收發(fā)器，信知帕洛馬的關(guān)于光通下行鏈路地面站，以及下行鏈路探測(cè)器。深空?qǐng)D片：uux.cn/美國(guó)宇航局/JPL加州理工學(xué)院
（神秘的信知地球uux.cn）據(jù)美國(guó)宇航局（噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室）：定于10月12日發(fā)射的Psyche任務(wù)，DSOC將展示使該機(jī)構(gòu)能夠從深空傳輸更高數(shù)據(jù)速率的關(guān)于光通技術(shù)。
美國(guó)宇航局開(kāi)創(chuàng)性的深空深空光通信(DSOC)實(shí)驗(yàn)將首次展示遠(yuǎn)至火星的激光或光通信。10月12日周四，信知DSOC將與美國(guó)宇航局的關(guān)于光通Psyche任務(wù)一起發(fā)射到一顆富含金屬的同名小行星，測(cè)試旨在使未來(lái)任務(wù)能夠傳輸更密集的深空科學(xué)數(shù)據(jù)，甚至從紅色星球傳輸視頻的信知關(guān)鍵技術(shù)。
關(guān)于這一尖端技術(shù)演示，關(guān)于光通有五點(diǎn)需要了解:
1.DSOC是深空美國(guó)宇航局第一次測(cè)試激光如何增加來(lái)自深空的數(shù)據(jù)傳輸。
到目前為止，信知美國(guó)宇航局只使用無(wú)線電波與月球以外的任務(wù)進(jìn)行通信。隨著數(shù)據(jù)需求的增長(zhǎng)，就像光纖取代地球上的舊電話線一樣，從無(wú)線電通信到光通信將提高整個(gè)太陽(yáng)系的數(shù)據(jù)速率，其容量是目前航天器使用的最先進(jìn)系統(tǒng)的10至100倍。這將更好地實(shí)現(xiàn)未來(lái)人類和機(jī)器人的探索任務(wù)，同時(shí)支持更高分辨率的科學(xué)儀器。
2.技術(shù)演示包括太空和地球上的設(shè)備。
DSOC飛行激光收發(fā)器是美國(guó)宇航局Psyche航天器的一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)，但Psyche依賴傳統(tǒng)的無(wú)線電通信進(jìn)行任務(wù)操作。激光收發(fā)器的特點(diǎn)是既有近紅外激光發(fā)射器向地球發(fā)送高速數(shù)據(jù)，又有靈敏的光子計(jì)數(shù)相機(jī)接收從地球發(fā)送的激光束。但收發(fā)器只是技術(shù)演示的一部分。
地球上沒(méi)有用于深空光通信的專用基礎(chǔ)設(shè)施，因此為了DSOC的目的，兩臺(tái)地面望遠(yuǎn)鏡已經(jīng)更新，以便與飛行激光收發(fā)器進(jìn)行通信。美國(guó)宇航局在南加州的噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室將主持操作團(tuán)隊(duì)，一個(gè)高功率近紅外激光發(fā)射器已經(jīng)與JPL在加利福尼亞州萊特伍德附近的桌山設(shè)施的光學(xué)通信望遠(yuǎn)鏡實(shí)驗(yàn)室集成。發(fā)射器將向DSOC的飛行收發(fā)器發(fā)送調(diào)制激光信號(hào)，并作為信標(biāo)或指向參考，以便返回的激光束可以準(zhǔn)確地瞄準(zhǔn)地球。
從飛行收發(fā)器發(fā)送的數(shù)據(jù)將由加州理工學(xué)院位于加利福尼亞州圣地亞哥縣的帕洛馬天文臺(tái)的200英寸(5.1米)Hale望遠(yuǎn)鏡收集，該望遠(yuǎn)鏡配備了一個(gè)特殊的超導(dǎo)高效探測(cè)器陣列。
3.DSOC將面臨獨(dú)特的挑戰(zhàn)。
“DSOC”計(jì)劃在“波西卡”為期六年的小行星帶之旅的頭兩年中，展示高達(dá)2.4億英里(3.9億公里)距離的高速數(shù)據(jù)傳輸——這是太陽(yáng)和地球之間距離的兩倍多。
Psyche離我們的星球越遠(yuǎn)，激光光子信號(hào)就會(huì)變得越弱，這使得解碼數(shù)據(jù)越來(lái)越具有挑戰(zhàn)性。作為一個(gè)額外的挑戰(zhàn)，光子需要更長(zhǎng)的時(shí)間才能到達(dá)目的地，在技術(shù)演示的最遠(yuǎn)距離上造成了超過(guò)20分鐘的滯后。因?yàn)榈厍蚝秃教炱鞯奈恢脮?huì)隨著光子的傳播而不斷變化，所以DSOC的地面和飛行系統(tǒng)需要進(jìn)行補(bǔ)償，指出光子到達(dá)時(shí)地面接收器(在帕洛馬)和飛行收發(fā)器(在波西卡)的位置。
4.尖端技術(shù)將協(xié)同工作，以確保激光對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)，并從深空接收高帶寬數(shù)據(jù)。
飛行激光收發(fā)器和地面激光發(fā)射器將需要非常精確地指向。達(dá)到他們的目標(biāo)就像從一英里外擊中一枚正在移動(dòng)的硬幣。因此，收發(fā)器需要與宇宙飛船的振動(dòng)隔離，否則會(huì)使激光束偏離目標(biāo)。最初，Psyche將把飛行收發(fā)器瞄準(zhǔn)地球方向，而飛行收發(fā)器上的自治系統(tǒng)在Table Mountain上行鏈路信標(biāo)激光器的協(xié)助下，將控制下行鏈路激光信號(hào)指向Palomar天文臺(tái)。
海爾望遠(yuǎn)鏡集成了一個(gè)由JPL開(kāi)發(fā)的低溫冷卻超導(dǎo)納米線光子計(jì)數(shù)陣列接收器。該儀器配備了高速電子設(shè)備，用于記錄單個(gè)光子的到達(dá)時(shí)間，以便對(duì)信號(hào)進(jìn)行解碼。DSOC團(tuán)隊(duì)甚至開(kāi)發(fā)了新的信號(hào)處理技術(shù)，從微弱的激光信號(hào)中擠出信息，這些信號(hào)將被傳輸幾千萬(wàn)到幾億英里。

這是下行鏈路探測(cè)器原型的特寫鏡頭，該原型用于開(kāi)發(fā)連接到DSOC帕洛馬接收地面站的探測(cè)器。活動(dòng)區(qū)域位于黑色正方形的中心，直徑約為0.0126英寸(0.32毫米)。它每秒可以探測(cè)十億個(gè)光子。圖片：uux.cn/美國(guó)宇航局/JPL加州理工學(xué)院
5.這是美國(guó)宇航局最新的光通信項(xiàng)目。
2013年，美國(guó)宇航局的月球激光通信演示測(cè)試了創(chuàng)紀(jì)錄的地球和月球之間的上行和下行數(shù)據(jù)速率。2021年，美國(guó)宇航局的激光通信中繼演示啟動(dòng)，以測(cè)試從地球靜止軌道進(jìn)行高帶寬光通信中繼的能力，以便航天器不需要與地球直接通信。去年，美國(guó)國(guó)家航空航天局的萬(wàn)億字節(jié)紅外傳輸系統(tǒng)以有史以來(lái)最高的數(shù)據(jù)速率從低地球軌道衛(wèi)星下行傳輸?shù)降孛娼邮掌鳌?br>DSOC正在將光通信帶入深空，為月球以外的高帶寬通信鋪平了道路，其距離是迄今為止任何光通信試驗(yàn)的1000倍。如果成功，這項(xiàng)技術(shù)可能會(huì)導(dǎo)致高數(shù)據(jù)速率的流式高清圖像通信，這將有助于支持人類的下一個(gè)巨大飛躍:當(dāng)美國(guó)宇航局將宇航員送上火星。
關(guān)于任務(wù)的更多信息
DSOC是一系列光通信演示中的最新一個(gè)，由NASA的技術(shù)演示任務(wù)(TDM)計(jì)劃和該機(jī)構(gòu)的空間通信和導(dǎo)航(SCaN)計(jì)劃資助。JPL是加州帕薩迪納市加州理工學(xué)院的一個(gè)部門，負(fù)責(zé)管理美國(guó)宇航局空間技術(shù)任務(wù)理事會(huì)內(nèi)的TDM和該機(jī)構(gòu)空間業(yè)務(wù)任務(wù)理事會(huì)內(nèi)的SCaN。
“心靈使命”由亞利桑那州立大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)。JPL負(fù)責(zé)該任務(wù)的總體管理、系統(tǒng)工程、集成和測(cè)試以及任務(wù)操作。“波西卡”是美國(guó)宇航局“發(fā)現(xiàn)”計(jì)劃的第14次任務(wù)，由該局位于阿拉巴馬州亨茨維爾的馬歇爾航天飛行中心管理。美國(guó)宇航局的發(fā)射服務(wù)項(xiàng)目位于該機(jī)構(gòu)的肯尼迪航天中心，負(fù)責(zé)管理發(fā)射服務(wù)。加利福尼亞州帕洛阿爾托的Maxar技術(shù)公司提供大功率太陽(yáng)能電力推進(jìn)航天器底盤。