Демонстрация лазерной реле связи НАСА: передача космических данных на землю с помощью лазеров

Мэтью Д. Питерс, Центр космических полетов имени Годдарда НАСА, 5 декабря 2021 г.

LCRD будет передавать данные между Международной космической станцией и Землей. Фото: Лаборатория концептуальных изображений Центра космических полетов имени Годдарда НАСА.

NASAEstablished in 1958, the National Aeronautics and Space Administration (NASA) is an independent agency of the United States Federal Government that succeeded the National Advisory Committee for Aeronautics (NACA). It is responsible for the civilian space program, as well as aeronautics and aerospace research. Its vision is "To discover and expand knowledge for the benefit of humanity." Its core values are "safety, integrity, teamwork, excellence, and inclusion." NASA conducts research, develops technology and launches missions to explore and study Earth, the solar system, and the universe beyond. It also works to advance the state of knowledge in a wide range of scientific fields, including Earth and space science, planetary science, astrophysics, and heliophysics, and it collaborates with private companies and international partners to achieve its goals." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]">NASA launches satellites, rovers, and orbiters to investigate humanity's place in the Milky WayThe Milky Way is the galaxy that contains our Solar System and is part of the Local Group of galaxies. It is a barred spiral galaxy that contains an estimated 100-400 billion stars and has a diameter between 150,000 and 200,000 light-years. The name "Milky Way" comes from the appearance of the galaxy from Earth as a faint band of light that stretches across the night sky, resembling spilled milk." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]"> Млечный Путь. Когда эти миссии достигают места назначения, их научные инструменты фиксируют изображения, видео и ценную информацию о космосе. Инфраструктура связи в космосе и на земле позволяет данным, собранным этими миссиями, достигать Земли. Без наземных станций, принимающих их, необычайные данные, полученные этими миссиями, застряли бы в космосе и не смогли бы достичь ученых и исследователей на Земле.

С самого начала освоения космоса миссии НАСА для передачи информации в основном полагались на радиочастотную связь. Но этой осенью НАСА продемонстрирует лазерную связь — революционный способ передачи данных из космоса на землю.

Наземные станции LCRD, известные как наземные оптические станции (OGS) -1 и -2, расположены на Столовой горе в Калифорнии и Халеакале на Гавайях. Эти отдаленные высокогорные места были выбраны из-за ясных погодных условий. Хотя лазерная связь может обеспечить повышенную скорость передачи данных, атмосферные возмущения, такие как облака и турбулентность, могут нарушить лазерные сигналы при их попадании в атмосферу Земли.

Наземные станции LCRD, Оптическая наземная станция -1 и -2, обеспечат успех миссии. Фото: Центр космических полетов имени Годдарда НАСА.

«То, как работает местная метеорология, на вершине горы минимальное количество пыли и меньшая атмосферная турбулентность, что отлично подходит для лазерной связи», — сказал Рон Миллер из Центра космических полетов имени Годдарда НАСА в Гринбелте, штат Мэриленд, и бывший руководитель разработки ОГС-2 на Гавайях. «Он находится на высоте около 10 000 футов, так что вы находитесь над большей частью атмосферы и погоды, которые наблюдаются ниже вершины. Очень часто на вершине выпадает хороший солнечный день, а в середине горы облачно».

Инженеры связи НАСА выбрали эти места, потому что их погодные условия обычно дополняют друг друга. Когда OGS-1 в Калифорнии облачно, OGS-2 на Гавайях имеет тенденцию быть ясным – и наоборот. Чтобы контролировать облачность и определять, какую станцию следует использовать, коммерческий партнер Northrop Grumman предоставил станцию мониторинга атмосферы, которая наблюдает за погодными условиями в Халеакале. Эта станция мониторинга работает практически автономно, 24 часа в сутки, семь дней в неделю. OGS-1 имеет аналогичные возможности мониторинга погоды на Столовой горе.

While OGS-2 was developed specifically for the LCRD mission, OGS-1 is based at JPLThe Jet Propulsion Laboratory (JPL) is a federally funded research and development center that was established in 1936. It is owned by NASA and managed by the California Institute of Technology (Caltech). The laboratory's primary function is the construction and operation of planetary robotic spacecraft, though it also conducts Earth-orbit and astronomy missions. It is also responsible for operating NASA's Deep Space Network. JPL implements programs in planetary exploration, Earth science, space-based astronomy and technology development, while applying its capabilities to technical and scientific problems of national significance." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]"JPL's Optical Communications Telescope Laboratory, which prior to LCRD was used for previous laser communications demonstrations. To get OGS-1 ready for LCRD support, engineers had to upgrade the ground station, modifying the system to bring it up to a higher standard. One such upgrade involved replacing the mirrors to have better reflectivity and higher laser thresholds so that the telescope can receive and send laser signals to and from LCRD./p>

After the experimental phase, LCRD will support in-space missions. Missions, like a terminal on the International Space StationThe International Space Station (ISS) is a large spacecraft in orbit around the Earth that serves as a research laboratory and spaceport for international collaboration in space exploration. It was launched in 1998 and has been continuously occupied by rotating crews of astronauts and cosmonauts from around the world since 2000. The ISS is a joint project of five space agencies: NASA (USA), Roscosmos (Russia), JAXA (Japan), ESA (Europe), and CSA (Canada). It orbits the Earth at an altitude of approximately 400 kilometers (250 miles), and provides a unique platform for scientific research, technological development, and human space exploration." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]"International Space Station, will send data to LCRD, which will then beam it to OGS-1 or OGS-2./p>

LCRD is led by Goddard and in partnership with JPL and the MITMIT is an acronym for the Massachusetts Institute of Technology. It is a prestigious private research university in Cambridge, Massachusetts that was founded in 1861. It is organized into five Schools: architecture and planning; engineering; humanities, arts, and social sciences; management; and science. MIT's impact includes many scientific breakthroughs and technological advances. Their stated goal is to make a better world through education, research, and innovation." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]"MIT Lincoln Laboratory. LCRD is funded through NASA's Technology Demonstration Missions program, part of the Space Technology Mission Directorate, and the Space Communications and Navigation (SCaN) program at NASA Headquarters in Washington, D.C. Goddard manages OGS-2, while JPL manages OGS-1./p>