Ένα πείραμα για το βαθύ διάστημα που ταξιδεύει με το διαστημικό σκάφος Psyche της NASA μόλις μετέδωσε για πρώτη φορά ένα μήνυμα μέσω λέιζερ στη Γη από πολύ πιο πέρα από τη Σελήνη, ένα επίτευγμα που θα μπορούσε να μεταμορφώσει τον τρόπο επικοινωνίας των διαστημικών σκαφών.
Στην πιο μακρινή επίδειξη αυτού του τύπου οπτικής επικοινωνίας, το Deep Space Optical Communications (DSOC) μετέδωσε ένα υπέρυθρο λέιζερ κωδικοποιημένο με δεδομένα δοκιμής από τη θέση του σε απόσταση περίπου 16 εκατομμυρίων χιλιομέτρων – δηλαδή περίπου 40 φορές την απόσταση της Σελήνης από τη Γη – στο τηλεσκόπιο Hale του αστεροσκοπείου Palomar του Caltech στην Καλιφόρνια.
Το DSOC είναι ένα σύστημα που ταξιδεύει μαζί με το Psyche καθώς κατευθύνεται προς τον κύριο στόχο του, τον αστεροειδή Psyche. Η επίδειξη πέτυχε για πρώτη φορά στις 14 Νοεμβρίου, σύμφωνα με το Jet Propulsion Laboratory (JPL) της NASA, το οποίο διαχειρίζεται και τις δύο αποστολές, χάρη σε έναν απίστευτα ακριβή ελιγμό που είδε τον πομποδέκτη λέιζερ του DSOC να κλειδώνει στον ισχυρό φάρο λέιζερ ανόδου του JPL στο παρατηρητήριο Table Mountain, γεγονός που επέτρεψε στον πομποδέκτη του DSOC να στοχεύσει το λέιζερ καθόδου του στο παρατηρητήριο του Caltech που βρίσκεται σε απόσταση 130 χιλιομέτρων.
«Η επίτευξη αυτή είναι ένα από τα πολλά κρίσιμα ορόσημα του DSOC τους επόμενους μήνες, ανοίγοντας το δρόμο για επικοινωνίες υψηλότερου ρυθμού δεδομένων, ικανές να στέλνουν επιστημονικές πληροφορίες, εικόνες υψηλής ευκρίνειας και βίντεο ροής για την υποστήριξη του επόμενου γιγαντιαίου άλματος της ανθρωπότητας: την αποστολή ανθρώπων στον Άρη», δήλωσε η διευθύντρια τεχνολογικών επιδείξεων στο αρχηγείο της NASA, Trudy Kortes.
Οι οπτικές επικοινωνίες έχουν χρησιμοποιηθεί και στο παρελθόν για την αποστολή μηνυμάτων από τη γήινη τροχιά, αλλά αυτή είναι η πιο μακρινή απόσταση που έχει γίνει μέχρι σήμερα με ακτίνες λέιζερ. Σε μια δέσμη λέιζερ, η δέσμη των φωτονίων κινείται προς την ίδια κατεύθυνση στο ίδιο μήκος κύματος. Η επικοινωνία με λέιζερ μπορεί να μεταδώσει τεράστιες ποσότητες δεδομένων σε πρωτοφανείς ταχύτητες, συσκευάζοντας δεδομένα στις ταλαντώσεις αυτών των φωτεινών κυμάτων, κωδικοποιώντας ένα οπτικό σήμα που μπορεί να μεταφέρει μηνύματα σε έναν δέκτη μέσω υπέρυθρων (αόρατων για τον άνθρωπο) ακτίνων.
Η NASA χρησιμοποιεί συνήθως ραδιοκύματα για να επικοινωνεί με αποστολές που βρίσκονται μακρύτερα από τη Σελήνη, και οι δύο χρησιμοποιούν ηλεκτρομαγνητικά κύματα για τη μετάδοση δεδομένων, αλλά το πλεονέκτημα των ακτίνων λέιζερ είναι ότι πολύ περισσότερα δεδομένα μπορούν να χωρέσουν σε πολύ στενότερα κύματα. Σύμφωνα με τη NASA, η τεχνολογική επίδειξη του DSOC στοχεύει να δείξει ρυθμούς μετάδοσης 10-100 φορές μεγαλύτερους από τα σημερινά κορυφαία συστήματα ραδιοεπικοινωνίας.
Η δυνατότητα μετάδοσης περισσότερων δεδομένων θα επιτρέψει στις μελλοντικές αποστολές να μεταφέρουν επιστημονικά όργανα πολύ υψηλότερης ανάλυσης, καθώς και ταχύτερες επικοινωνίες σε πιθανές αποστολές στο βαθύ διάστημα – ζωντανές ροές βίντεο από την επιφάνεια του Άρη, για παράδειγμα.
«Η οπτική επικοινωνία είναι μια ευλογία για τους επιστήμονες και τους ερευνητές που θέλουν πάντα περισσότερα από τις διαστημικές αποστολές τους και θα επιτρέψει την ανθρώπινη εξερεύνηση του βαθύ διαστήματος», δήλωσε ο διευθυντής του τμήματος προηγμένων τεχνολογιών επικοινωνιών και πλοήγησης στο πλαίσιο του προγράμματος διαστημικών επικοινωνιών και πλοήγησης της NASA, Dr Jason Mitchell. «Περισσότερα δεδομένα σημαίνουν περισσότερες ανακαλύψεις» συμπλήρωσε.
Οι προκλήσεις με την οπτική επικοινωνία
Ωστόσο, υπάρχουν κάποιες προκλήσεις που πρέπει να δοκιμαστούν πρώτα. Όσο μεγαλύτερη είναι η απόσταση που πρέπει να διανύσει η οπτική επικοινωνία, τόσο πιο δύσκολη γίνεται, καθώς απαιτείται ακριβής στόχευση της ακτίνας λέιζερ. Επίσης, το σήμα των φωτονίων θα γίνεται πιο αμυδρό, με αποτέλεσμα να χρειάζονται περισσότερο χρόνο για να φτάσουν στον προορισμό τους, δημιουργώντας τελικά χρόνους καθυστέρησης στην επικοινωνία.
Κατά τη διάρκεια της δοκιμής στις 14 Νοεμβρίου, τα φωτόνια χρειάστηκαν περίπου 50 δευτερόλεπτα για να ταξιδέψουν από το Psyche στη Γη. Μέχρι τη στιγμή που το Psyche θα φτάσει στην πιο μακρινή του απόσταση, θα χρειαστούν περίπου 20 λεπτά για να ταξιδέψουν πίσω στον πλανήτη μας – αυτός ο χρόνος είναι αρκετός για να έχουν μετακινηθεί τόσο η Γη όσο και το διαστημόπλοιο, οπότε τα λέιζερ και στα δύο πρέπει να προσαρμοστούν σε αυτή την αλλαγή θέσης.
Μέχρι στιγμής, η επίδειξη της τεχνολογίας ήταν πολύ επιτυχής. «Η δοκιμή ήταν η πρώτη που ενσωμάτωσε πλήρως τα επίγεια μέσα και τον πομποδέκτη πτήσης, απαιτώντας από τις ομάδες επιχειρήσεων DSOC και Psyche να εργαστούν από κοινού. Ήταν μια τρομερή πρόκληση και έχουμε πολύ περισσότερη δουλειά να κάνουμε, αλλά για ένα μικρό χρονικό διάστημα, μπορέσαμε να μεταδώσουμε, να λάβουμε και να αποκωδικοποιήσουμε κάποια δεδομένα» δήλωσε η επικεφαλής επιχειρήσεων για το DSOC στο JPL, Meera Srinivasan.
«Ήμασταν σε θέση να ανταλλάσσουμε “κομμάτια φωτός” από και προς το βαθύ διάστημα. Η ανταλλαγή “κομματιών φωτός” από και προς το βαθύ διάστημα θα μπορούσε να είναι το μέλλον που θα αλλάξει τον τρόπο με τον οποίο επικοινωνούμε στην εξερεύνηση του διαστήματος» δήλωσε ο τεχνολόγος έργου για το DSOC στο JPL, Abi Biswas.
