关于NASA深空光通信要知道的5件事

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美国宇航局的DSOC由连接到Psyche的飞行激光收发器和将发送和接收激光信号的地面系统组成。从左上顺时针方向:连接有DSOC的波西卡飞船，飞行激光收发器，帕洛马的下行链路地面站，以及下行链路探测器。图片：美国宇航局/JPL加州理工学院

（）据美国宇航局（喷气推进实验室）：定于10月12日发射的Psyche任务，DSOC将展示使该机构能够从深空传输更高数据速率的技术。

美国宇航局开创性的深空光通信(DSOC)实验将首次展示远至火星的激光或光通信。10月12日周四，DSOC将与美国宇航局的Psyche任务一起发射到一颗富含金属的同名小行星，测试旨在使未来任务能够传输更密集的科学数据，甚至从红色星球传输视频的关键技术。

关于这一尖端技术演示，有五点需要了解:

1.DSOC是美国宇航局第一次测试激光如何增加来自深空的数据传输。

到目前为止，美国宇航局只使用无线电波与月球以外的任务进行通信。随着数据需求的增长，就像光纤取代地球上的旧电话线一样，从无线电通信到光通信将提高整个太阳系的数据速率，其容量是目前航天器使用的最先进系统的10至100倍。这将更好地实现未来人类和机器人的探索任务，同时支持更高分辨率的科学仪器。

2.技术演示包括太空和地球上的设备。

DSOC飞行激光收发器是美国宇航局Psyche航天器的一项实验，但Psyche依赖传统的无线电通信进行任务操作。激光收发器的特点是既有近红外激光发射器向地球发送高速数据，又有灵敏的光子计数相机接收从地球发送的激光束。但收发器只是技术演示的一部分。

地球上没有用于深空光通信的专用基础设施，因此为了DSOC的目的，两台地面望远镜已经更新，以便与飞行激光收发器进行通信。美国宇航局在南加州的喷气推进实验室将主持操作团队，一个高功率近红外激光发射器已经与JPL在加利福尼亚州莱特伍德附近的桌山设施的光学通信望远镜实验室集成。发射器将向DSOC的飞行收发器发送调制激光信号，并作为信标或指向参考，以便返回的激光束可以准确地瞄准地球。

从飞行收发器发送的数据将由加州理工学院位于加利福尼亚州圣地亚哥县的帕洛马天文台的200英寸(5.1米)Hale望远镜收集，该望远镜配备了一个特殊的超导高效探测器阵列。

3.DSOC将面临独特的挑战。

“DSOC”计划在“波西卡”为期六年的小行星带之旅的头两年中，展示高达2.4亿英里(3.9亿公里)距离的高速数据传输——这是太阳和地球之间距离的两倍多。

Psyche离我们的星球越远，激光光子信号就会变得越弱，这使得解码数据越来越具有挑战性。作为一个额外的挑战，光子需要更长的时间才能到达目的地，在技术演示的最远距离上造成了超过20分钟的滞后。因为地球和航天器的位置会随着光子的传播而不断变化，所以DSOC的地面和飞行系统需要进行补偿，指出光子到达时地面接收器(在帕洛马)和飞行收发器(在波西卡)的位置。

4.尖端技术将协同工作，以确保激光对准目标，并从深空接收高带宽数据。

飞行激光收发器和地面激光发射器将需要非常精确地指向。达到他们的目标就像从一英里外击中一枚正在移动的硬币。因此，收发器需要与宇宙飞船的振动隔离，否则会使激光束偏离目标。最初，Psyche将把飞行收发器瞄准地球方向，而飞行收发器上的自治系统在Table Mountain上行链路信标激光器的协助下，将控制下行链路激光信号指向Palomar天文台。

海尔望远镜集成了一个由JPL开发的低温冷却超导纳米线光子计数阵列接收器。该仪器配备了高速电子设备，用于记录单个光子的到达时间，以便对信号进行解码。DSOC团队甚至开发了新的信号处理技术，从微弱的激光信号中挤出信息，这些信号将被传输几千万到几亿英里。



这是下行链路探测器原型的特写镜头，该原型用于开发连接到DSOC帕洛马接收地面站的探测器。活动区域位于黑色正方形的中心，直径约为0.0126英寸(0.32毫米)。它每秒可以探测十亿个光子。图片：美国宇航局/JPL加州理工学院

5.这是美国宇航局最新的光通信项目。

2013年，美国宇航局的月球激光通信演示测试了创纪录的地球和月球之间的上行和下行数据速率。2021年，美国宇航局的激光通信中继演示启动，以测试从地球静止轨道进行高带宽光通信中继的能力，以便航天器不需要与地球直接通信。去年，美国国家航空航天局的万亿字节红外传输系统以有史以来最高的数据速率从低地球轨道卫星下行传输到地面接收器。

DSOC正在将光通信带入深空，为月球以外的高带宽通信铺平了道路，其距离是迄今为止任何光通信试验的1000倍。如果成功，这项技术可能会导致高数据速率的流式高清图像通信，这将有助于支持人类的下一个巨大飞跃:当美国宇航局将宇航员送上火星。

关于任务的更多信息

DSOC是一系列光通信演示中的最新一个，由NASA的技术演示任务(TDM)计划和该机构的空间通信和导航(SCaN)计划资助。JPL是加州帕萨迪纳市加州理工学院的一个部门，负责管理美国宇航局空间技术任务理事会内的TDM和该机构空间业务任务理事会内的SCaN。

“心灵使命”由亚利桑那州立大学领导。JPL负责该任务的总体管理、系统工程、集成和测试以及任务操作。“波西卡”是美国宇航局“发现”计划的第14次任务，由该局位于阿拉巴马州亨茨维尔的马歇尔航天飞行中心管理。美国宇航局的发射服务项目位于该机构的肯尼迪航天中心，负责管理发射服务。加利福尼亚州帕洛阿尔托的Maxar技术公司提供大功率太阳能电力推进航天器底盘。