NASA深空光通信技术演示成功完成多个关键里程碑

深空光通信技术演示已经完成了几个关键里程碑，最终向火星距离地球最远的地方发送了信号。

今年夏天，NASA 的深空光通信技术演示再次打破了激光通信的一项纪录，它从地球向距离地球约 2.9 亿英里（4.6 亿公里）的 NASA 灵神号航天器发送了激光信号。这与我们星球和火星距离最远时的距离相同。

在 7 月 29 日达到这一里程碑后不久，该技术演示自 2023 年 10 月 13 日在Psyche上发射以来就结束了第一阶段的运行。

“这一里程碑意义重大。激光通信需要非常高的精度，在发射 Psyche 之前，我们并不知道在最远距离下性能会下降多少，”该项目的运营负责人、美国宇航局南加州喷气推进实验室的 Meera Srinivasan 表示。“现在，我们用于跟踪和定位的技术已经得到验证，证实了光通信可以成为一种强大且具有变革性的探索太阳系的方式。”

深空光通信实验由喷气推进实验室管理，由一个飞行激光收发器和两个地面站组成。加州理工学院历史悠久的 200 英寸（5 米）口径海尔望远镜位于加州圣地亚哥县加州理工学院的帕洛玛天文台，充当下行链路站，激光收发器将数据从深空发送到该站。喷气推进实验室位于加州赖特伍德附近的桌山设施的光通信望远镜实验室充当上行链路站，能够传输 7 千瓦的激光功率以将数据发送到收发器。

通过以比无线电频率高 100 倍的速率传输数据，激光可以实现复杂的科学信息以及高清图像和视频的传输，这些都是宇航员前往火星及更远的地方时人类下一次巨大飞跃所必需的。

至于航天器，Psyche 保持着健康和稳定的状态，利用离子推进加速向火星和木星之间主小行星带中富含金属的小行星运行。

超越目标

这项技术演示的数据以近红外光编码的比特形式发送到 Psyche 和从 Psyche 发出，近红外光的频率高于无线电波。更高的频率使得更多的数据能够被打包到一次传输中，从而实现更高的数据传输速率。

即使灵神星距离地球约 3300 万英里（5300 万公里），相当于火星与地球的最近距离，该技术演示仍能以系统最高267 兆比特每秒的速率传输数据。该比特率与宽带互联网下载速度相似。随着航天器飞行距离越来越远，其发送和接收数据的速率也会降低，这是意料之中的。

6 月 24 日，当灵神星距离地球约 2.4 亿英里（3.9 亿公里）时——超过地球与太阳距离的 2.5 倍——该项目实现了 6.25 兆比特每秒的持续下行数据速率，最大速率为 8.3 兆比特每秒。虽然这个速率明显低于实验的最大值，但它远远高于使用同等功率的射频通信系统在这个距离上所能达到的速率。

这是一个测试

深空光通信的目标是展示一种能够可靠地以比其他太空通信技术（如射频系统）更高的速度传输数据的技术。为了实现这一目标，该项目有机会测试独特的数据集，如艺术和高清视频以及来自 Psyche 航天器的工程数据。例如，一个下行链路包括亚利桑那州立大学“ Psyche Inspired ”艺术品的数字版本、团队宠物的图像以及一段 45 秒的超高清视频，该视频模仿了上个世纪的电视测试模式并描绘了地球和太空的场景。

这项技术演示于 2023 年 12 月 11 日从 1900 万英里外的 Psyche 太空飞船向地球传送了第一段太空超高清视频，视频中是一只名叫 Taters 的猫。（艺术品、图像和视频在发射前已上传到 Psyche 并存储在其内存中。）

“该系统的一个关键目标是证明数据速率的降低与距离的平方成反比，”JPL 的技术演示项目技术专家 Abi Biswas 表示。“我们实现了这一目标，并通过激光向 Psyche 航天器传输了大量测试数据。”在演示的第一阶段，几乎有 11 兆兆位的数据被下行传输。

飞行收发器已关闭电源，将于 11 月 4 日重新启动。该活动将证明飞行硬件可以运行至少一年。

“我们将启动飞行激光收发器并对其功能进行简短检查，”JPL 项目飞行运营负责人 Ken Andrews 说道。“一旦完成，我们就可以期待在今年晚些时候开始的后会合阶段中，让收发器发挥其全部设计功能。”

有关深空光通信的更多信息

此次演示是一系列光通信实验中的最新一次，这些实验由美国宇航局位于阿拉巴马州亨茨维尔的马歇尔太空飞行中心管理的太空技术任务理事会技术演示任务计划和该机构在太空操作任务理事会内的 SCaN（空间通信和导航）计划资助。飞行激光收发器的开发由麻省理工学院林肯实验室、L3 Harris、CACI、First Mode 和 Controlled Dynamics Inc. 支持。Fibertek、Coherent、加州理工学院光学天文台和 Dotfast 支持地面系统。部分技术是通过美国宇航局的小型企业创新研究计划开发的。