El experimento de Comunicaciones Ópticas en el Espacio Profundo (DSOC) de la NASA ha emitido luz láser en el infrarrojo cercano codificada con datos de prueba desde casi 10 millones de millas (16 millones de kilómetros) de distancia (40 veces más lejos que la Luna de la Tierra) al Telescopio Hale en el Observatorio Palomar de Caltech en el condado de San Diego, California. Esta es la demostración de comunicaciones ópticas más lejana jamás realizada. DSOC es un experimento que podría cambiar la forma en que se comunican las naves espaciales, logrando la "primera luz" enviando datos vía láser desde más allá de la luna por primera vez.
El experimento DSOC de la NASA a bordo de la nave espacial Psyche demostró con éxito la comunicación óptica más lejana posible utilizando láseres del infrarrojo cercano a una distancia de 10 millones de millas. El hito, gestionado por el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA, marca un importante avance en la tecnología de comunicaciones espaciales que se espera que conduzca a mayores tasas de transferencia de datos para futuras misiones al espacio profundo. Fuente de la imagen: NASA/JPL-Caltech
DSOC estaba a bordo de la nave espacial Psyche recientemente lanzada y estaba configurado para enviar datos de prueba de gran ancho de banda a la Tierra mientras Psyche volaba al cinturón de asteroides principal entre Marte y Júpiter durante una demostración tecnológica de dos años. El Laboratorio de Propulsión a Chorro (JPL_) de la NASA en el sur de California gestiona DSOC y Psyche.
La nave espacial Psyche de la NASA se exhibe en una sala limpia en las instalaciones de Operaciones Espaciales Astrotech de la agencia cerca del Centro Espacial Kennedy en Florida el 8 de diciembre de 2022. Cerca del centro, se puede ver el transceptor láser de vuelo dorado de DSOC adjunto a la nave espacial. Crédito de la imagen: NASA/BenSmegelsky
La demostración de tecnología hizo su "primera luz" en las primeras horas de la mañana del 14 de noviembre cuando el instrumento de vanguardia de Psyche capaz de enviar y recibir señales del infrarrojo cercano - el Transceptor Láser Volador (en la foto de abajo) - se fijó en una poderosa baliza láser de enlace ascendente emitida desde el Laboratorio del Telescopio de Comunicaciones Ópticas en las instalaciones de Table Mountain del JPL cerca de Wrightwood, California. La baliza de enlace ascendente ayuda al transceptor a apuntar su láser de enlace descendente a Palomar, 100 millas o 130 kilómetros al sur de Table Mountain, mientras que los sistemas automatizados en el transceptor y la estación terrestre afinan su orientación.
En abril de 2021, el transceptor láser volador para la demostración de tecnología de Comunicaciones Ópticas en el Espacio Profundo (DSOC) apareció en el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA en el sur de California y posteriormente se instaló en un recinto en forma de caja y se integró con la nave espacial Psyche de la NASA. El transceptor consta de un transmisor láser de infrarrojo cercano que envía datos de alta velocidad a la Tierra y una cámara sensible de conteo de fotones que recibe datos de menor velocidad desde la Tierra. El transceptor está montado sobre un conjunto de puntales y actuadores (que se muestran aquí) que sirven para estabilizar la óptica contra las vibraciones de la nave espacial. Fuente de la imagen: NASA/JPL-Caltech
"Lograr la primera luz es uno de los muchos hitos clave para DSOC en los próximos meses, allanando el camino para comunicaciones de mayor velocidad de datos capaces de enviar información científica, imágenes de alta definición y transmisión de video para apoyar el próximo salto de la humanidad: enviar humanos a Marte", dijo Trudy Kortes, directora de la División de Demostración de Tecnología en la sede de la NASA en Washington.
Los datos de prueba también se enviaron simultáneamente a través de los láseres ascendentes y descendentes, un proceso conocido como "cerrar el vínculo" y que era el objetivo principal del experimento. Si bien la demostración de tecnología no transmitió datos de la misión Psyche, trabajó en estrecha colaboración con el equipo de apoyo de la misión Psyche para garantizar que el funcionamiento del DSOC no interfiriera con las operaciones de la nave espacial.
Obtenga más información sobre cómo se utilizará DSOC para probar la transmisión de datos de gran ancho de banda más allá de la Luna por primera vez y cómo transformará la exploración del espacio profundo. Fuente de la imagen: NASA/JPL-Caltech/ASU
"La prueba del martes por la mañana fue la primera en integrar completamente los recursos terrestres y los transceptores de vuelo, lo que requirió que los equipos de operaciones de DSOC y Psyche trabajaran juntos", dijo la jefa de operaciones de JPLDSOC, Meera Srinivasan. "Fue un desafío difícil y todavía tenemos mucho trabajo por hacer, pero en poco tiempo pudimos enviar, recibir y decodificar algunos datos".
Antes de alcanzar este logro, el proyecto aún necesita comprobar varios otros hitos, desde retirar la cubierta protectora del transceptor láser volador hasta alimentar el instrumento. Al mismo tiempo, la nave espacial Psyche también está realizando sus propias comprobaciones, incluida la puesta en marcha de su sistema de propulsión y las pruebas de los instrumentos que se utilizarán para estudiar el asteroide "Psyche" cuando llegue en 2028.
En la madrugada del 14 de noviembre, el equipo de operación del transceptor láser volador de demostración de tecnología de Comunicaciones Ópticas del Espacio Profundo (DSOC) de la NASA trabajó en el área de apoyo a la misión Psyche del JPL, y el proyecto logró la "primera luz". Fuente de la imagen: NASA/JPL-Caltech
La primera luz y el primer bit.
Con la "primera luz" encendida con éxito, el equipo de DSOC ahora trabajará para perfeccionar el sistema en el transceptor que controla la orientación del láser de enlace descendente. Una vez que tenga éxito, el proyecto podrá comenzar a demostrar cómo mantener la transmisión de datos de gran ancho de banda desde el transceptor a Palomar a diferentes distancias de la Tierra. Estos datos están codificados en los fotones (partículas cuánticas de luz) del láser en forma de bits, las unidades de datos más pequeñas que una computadora puede procesar. Se utilizaron nuevas técnicas de procesamiento de señales para extraer datos de los fotones individuales que llegan al telescopio Hale después de que un conjunto especial de detectores superconductores de alta eficiencia (en la foto de abajo) detectaran estos fotones.
Aquí se muestra una réplica del detector de fotón único de nanocables superconductor de Comunicaciones Ópticas del Espacio Profundo (DSOC) conectado al Telescopio Hale de 200 pulgadas (5,1 metros) en el Observatorio Palomar de Caltech en el condado de San Diego, California. El detector, construido por el Laboratorio de Microdispositivos del Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA en el sur de California, está diseñado para recibir señales láser del infrarrojo cercano del transceptor de vuelo DSOC que vuela en el espacio profundo con la misión Psyche de la NASA como parte de una demostración tecnológica. Fuente: NASA/JPL-Caltech
El experimento DSOC está diseñado para demostrar velocidades de transferencia de datos que son de 10 a 100 veces superiores a las de los sistemas de radiofrecuencia más avanzados utilizados actualmente en naves espaciales. Tanto las comunicaciones por radio como por láser de infrarrojo cercano utilizan ondas electromagnéticas para transmitir datos, pero la luz del infrarrojo cercano empaqueta los datos en ondas significativamente más estrechas, lo que permite que las estaciones terrestres reciban más datos. Esto ayudará a futuras misiones de exploración humana y robótica y respaldará instrumentos científicos de mayor resolución.
El Dr. Jason Mitchell, director de la División de Tecnologías de Navegación y Comunicaciones Avanzadas del programa de Navegación y Comunicaciones Espaciales (SCaN) de la NASA, dijo: "Las comunicaciones ópticas son una bendición para los científicos e investigadores que siempre desean más información de las misiones espaciales y permitirán a los humanos explorar el espacio profundo. Más datos significan más descubrimientos".
Si bien las comunicaciones ópticas han sido probadas en la órbita terrestre baja y en la Luna, DSOC es la primera prueba en el espacio profundo. Al igual que usar un puntero láser para rastrear una moneda de diez centavos en movimiento desde una milla de distancia, apuntar un rayo láser a millones de millas de distancia requiere "apuntar" extremadamente preciso.
Los operadores de transmisores láser terrestres del DSOC posan para una fotografía en el Laboratorio del Telescopio de Comunicaciones Ópticas en las instalaciones de Taishan del JPL cerca de Wrightwood, California, el 14 de noviembre, poco después de que la demostración de tecnología lograra su "primer disparo". Fuente de la imagen: NASA/JPL-Caltech
La demostración también necesitaba compensar el tiempo que tarda la luz en viajar desde la nave espacial a la Tierra: en el punto más alejado de Psyche de nuestro planeta, los fotones del infrarrojo cercano de DSOC tardaron unos 20 minutos en regresar (en la prueba del 14 de noviembre, los fotones tardaron unos 50 segundos en viajar de Psyche a la Tierra). Durante este tiempo, tanto la nave espacial como el planeta se mueven, por lo que los láseres hacia arriba y hacia abajo deben adaptarse a los cambios de posición.
"Lograr la primera luz es un gran logro. Los sistemas terrestres detectaron con éxito fotones láser del espacio profundo procedentes del transceptor de vuelo DSOC a bordo de Psyche", dijo Abi Biswas, especialista técnico del proyecto JPLDSOC. "También podemos enviar algunos datos, lo que significa que podemos intercambiar 'bits de luz' con el espacio profundo".
Más información sobre las tareas
DSOC es la última de una serie de demostraciones de comunicaciones ópticas financiadas por la Dirección de Misiones de Tecnología Espacial de la NASA y el programa de Navegación y Comunicaciones Espaciales (SCaN) de la Dirección de Misiones de Operaciones Espaciales de la NASA.