O experimento Deep Space Optical Communications (DSOC) da NASA alcançou a ‘primeira luz’, enviando dados via laser de e para muito além da Lua pela primeira vez.
Ele enviou um laser infravermelho próximo codificado com dados de teste de quase 10 milhões de milhas (16 milhões de quilômetros) de distância – cerca de 40 vezes mais longe do que a Lua está da Terra – para o Telescópio Hale no Observatório Palomar da Caltech, no condado de San Diego, Califórnia. Esta é a demonstração mais distante de comunicações ópticas.
O experimento DSOC faz parte da missão Psyche da NASA, que foi lançada recentemente para estudar o asteroide 16-Psyche, rico em metais. Este novo sistema está configurado para enviar dados de teste de alta largura de banda para a Terra durante a sua demonstração tecnológica de dois anos, enquanto Psyche viaja para a principal cintura de asteróides entre Marte e Júpiter.
O objetivo é demonstrar taxas de transmissão de dados 10 a 100 vezes maiores do que os sistemas de radiofrequência de última geração usados atualmente pelas espaçonaves. As comunicações por rádio e laser infravermelho próximo usam ondas eletromagnéticas para transmitir dados. Mas a luz infravermelha próxima agrupa os dados em ondas muito mais compactas, o que permite que as estações terrestres recebam mais dados. Espera-se que este avanço beneficie futuras missões de exploração humana e robótica, ao mesmo tempo que apoia instrumentos científicos de maior resolução.
“A comunicação óptica é uma bênção para cientistas e pesquisadores que sempre querem mais de suas missões espaciais e permitirá a exploração humana do espaço profundo”, disse o Dr. Jason Mitchell, diretor da Divisão de Tecnologias Avançadas de Comunicações e Navegação do programa de Comunicações Espaciais e Navegação (SCaN) da NASA. “Mais dados significam mais descobertas.”
Em 14 de novembro, a demonstração tecnológica alcançou a “primeira luz” depois que seu transceptor laser de vôo, capaz de enviar e receber sinais infravermelhos próximos, foi travado em um poderoso farol laser uplink transmitido do Laboratório de Telescópio de Comunicações Ópticas nas instalações do JPL em Table Mountain, perto de Wrightwood. Califórnia. O farol de uplink permitiu que o transceptor apontasse seu laser de downlink de volta para Palomar, que está localizado a 100 milhas (ou 130 quilômetros) ao sul da Table Mountain, enquanto sistemas automatizados no transceptor e nas estações terrestres ajustavam seu apontamento.
“Alcançar a primeira luz é um dos muitos marcos críticos do DSOC nos próximos meses, abrindo caminho para comunicações com taxas de dados mais altas, capazes de enviar informações científicas, imagens de alta definição e streaming de vídeo em apoio ao próximo salto gigante da humanidade: enviar seres humanos para Marte,” disse Trudy Kortes, diretora de demonstrações de tecnologia na sede da NASA em Washington.
O experimento também enviou dados de teste por meio dos lasers de uplink e downlink, um procedimento conhecido como “fechamento do link”. Embora não transmita dados da missão Psyche, a demonstração tecnológica trabalha em estreita colaboração com a equipa de apoio à missão Psyche para evitar qualquer interferência nas operações da nave espacial.
Após uma primeira luz bem-sucedida, a equipe do DSOC irá agora se concentrar no ajuste fino dos sistemas que controlam o direcionamento do laser de downlink a bordo do transceptor. Uma vez concluído, o projeto pode então demonstrar como manter a transmissão de dados em alta largura de banda do transceptor para Palomar a distâncias variadas da Terra.
Esses dados são transmitidos como bits, que são as menores unidades de dados que um computador pode processar, e são codificados nos fótons do laser – partículas quânticas de luz. Depois de detectar os fótons usando um conjunto especial de detectores supercondutores de alta eficiência, novas técnicas de processamento de sinal são utilizadas para extrair os dados dos fótons únicos que chegam ao Telescópio Hale.
Embora a comunicação óptica tenha sido comprovada na órbita baixa da Terra e na Lua, o projeto DSOC é o primeiro a testá-la no espaço profundo. Mirar um feixe de laser ao longo de milhões de quilômetros requer um “apontamento” tremendamente preciso, semelhante a usar um apontador laser para rastrear uma moeda em movimento a um quilômetro de distância.
A demonstração também precisa levar em conta o tempo que a luz leva para viajar da espaçonave até a Terra por grandes distâncias. Na distância mais distante da Terra de Psyche, os fótons do infravermelho próximo do DSOC levarão aproximadamente 20 minutos para viajar de volta. Durante o teste de 14 de novembro, os fótons levaram cerca de 50 segundos para viajar de Psyche até a Terra. Nesse período, tanto a nave espacial como o planeta terão-se movido, necessitando de ajustes nos lasers de ligação ascendente e descendente para ter em conta a mudança de localização.
“Alcançar a primeira luz é uma conquista tremenda. Os sistemas terrestres detectaram com sucesso os fótons laser do espaço profundo do transceptor de voo do DSOC a bordo do Psyche,” disse Abi Biswas, tecnólogo de projetos do DSOC no JPL. “E também conseguimos enviar alguns dados, o que significa que conseguimos trocar ‘pedaços de luz’ de e para o espaço profundo.”
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