NASA的激光通信演示创下深空纪录，完成第一阶段工作
在这幅艺术家的概念图中，NASA的灵神星号探测器正在接收来自位于JPL的桌山设施的深空光学通信上行地面站的激光信号。DSOC实验包括一个上行链路站和一个下行链路站，以及与灵神星号一起发射的激光收发器。
影像来源: NASA/JPL-Caltech
深空光学通信技术演示已完成多个关键里程碑，最终实现了向火星距离地球最远的地方发送信号。
今年夏天，NASA的深空光学通信技术演示通过从地球向距离约2.9亿英里（4.6亿公里）的NASA灵神星号探测器发送激光信号，再次打破了激光通信记录。这与地球和火星相距最远时的距离相同。
在7月29日达到这一里程碑后，该技术演示结束了自2023年10月13日随灵神星号发射以来的第一阶段操作。
“这一里程碑具有重要意义。激光通信需要非常高的精度，在我们发射灵神星号之前，我们不知道在最远距离上会出现多少性能衰减。”NASA喷气推进实验室（JPL）在南加州的项目运营负责人Meera Srinivasan说。“现在，我们使用的跟踪和指向技术已得到验证，确认光学通信可以成为探索太阳系的一种强大而变革性的方式。”
由JPL管理的深空光学通信实验包括一个飞行激光收发器和两个地面站。位于加州圣迭戈县的加州理工学院帕洛玛天文台历史悠久的200英寸（5米）孔径的海尔望远镜作为下行链路站，接收来自深空的激光收发器发送的数据。位于加州赖特伍德附近JPL桌山设施的光学通信望远镜实验室充当上行链路站，能够发射7千瓦的激光功率，向收发器发送数据。
这个可视化图像展示了灵神星号在7月29日的位置，当时NASA深空光学通信的上行链路站向距离约2.9亿英里的探测器发送了激光信号。在NASA的太阳系之眼中可以查看灵神星号探测器的互动版本。
影像来源: NASA/JPL-Caltech
激光传输数据的速率是无线电频率的100倍，因此可以传输复杂的科学信息以及高清图像和视频，当宇航员前往火星及更远的地方时，人类的下一次大飞跃就需要激光来支持。
至于探测器，灵神星号仍然健康和稳定，使用离子推进技术加速向位于火星和木星之间的小行星带中的一个富含金属的小行星飞去。
超越目标
该技术演示的数据以近红外光编码的比特形式在地面站和灵神星号之间来回传输，近红外光的频率比无线电波高。更高的频率使得更多的数据可以打包在一次传输中，从而实现更高的数据传输速率。
即使在灵神星号距离地球约3,300万英里（5,300万公里）——当于火星最接近地球的距离——时，技术演示仍能以系统的最大速率267兆比特每秒传输数据。这个比特率类似于宽带互联网下载速度。正如预期的那样，随着航天器距离的增加，其发送和接收数据的速率会降低。
在6月24日，当灵神星号距离地球约2.4亿英里（3.9亿公里）——超过地球与太阳距离的2.5倍——时，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。虽然这一速率明显低于实验的最大值，但远高于使用相似功率的无线电频率通信系统在这一距离上所能达到的水平。
这是一项测试
深空光学通信的目标是展示能够以比其他太空通信技术（如无线电频率系统）更高速度可靠传输数据的技术。为了实现这一目标，项目有机会测试独特的数据集，如艺术和高清视频，以及来自灵神星号探测器的工程数据。例如，一条下行链路包括亚利桑那州立大学的《灵神星的启发》艺术作品的数字版本、团队宠物的图像，以及一个45秒的超高清视频，该视频模仿上世纪的电视测试图案并展示地球和太空的场景。
6月24日，NASA的深空光通信技术演示通过激光从深空传输了这段45秒的超高清视频，当时灵神星号探测器距离地球2.4亿英里。
影像来源: NASA/JPL-Caltech
该技术演示在2023年12月11日从距离地球1900万英里的灵神星号探测器传输了首个超高清视频，视频中出现了一只名叫Taters的猫。（艺术作品、图片和视频在发射前被上传至灵神星号并存储在其内存中。）
“该系统的一个关键目标是证明数据速率的衰减与距离的平方成反比。”JPL技术演示的项目技术专家Abi Biswas说。“我们实现了这一目标，并通过激光向灵神星号探测器传输了大量测试数据。” 在演示的第一阶段中，已经下载了近11TB的数据。
飞行收发器已关闭电源，将于11月4日重新开机。该活动将证明飞行硬件至少可以运行一年。
“我们将开启飞行激光收发器并进行简短的功能检查。”JPL项目飞行操作负责人肯·安德鲁斯（Ken Andrews）说。“一旦实现这一目标，我们就可以期待在年底开始的后汇合阶段以其全部设计能力运行收发器。”
有关更多深空光学通信的信息
这一演示是由NASA马歇尔太空飞行中心在阿拉巴马州亨茨维尔管理的空间技术任务指挥部的技术演示任务计划和该机构的SCaN（太空通信与导航）计划资助的一系列光通信实验中的最新一次。飞行激光收发器的开发得到了MIT林肯实验室、L3 Harris、CACI、First Mode、Controlled Dynamics Inc、Caltech Optical Observators和Dotfast对地面系统的支持。部分技术是通过NASA的小企业创新研究计划开发。
有关激光通信演示的更多信息，请访问：
https://www.jpl.nasa.gov/missions/deep-space-optical-communications-dsoc
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