Vesmírny internet prejde na optiku. NASA komunikovala laserom z hlbokého vesmíru

Astronauti na ISS, alebo na čínskej vesmírnej stanici Tchien-kung, a takisto satelity na obežnej dráhe Zeme sú na tom relatívne v pohode a so Zemou majú vysokorýchlostné rádiové spojenie.

Dátové spojenie s medziplanetárnymi sondami cez milióny kilometrov kozmického priestoru je však kvôli obrovským vzdialenostiam problematické a pomalé. NASA na tieto účely používa svoju sieť Deep Space Network (DSN) s veľkými parabolickými anténami na Zemi. No budúce misie k Marsu a k vonkajším planétam slnečnej sústavy si vyžiadajú vyššie prenosové kapacity. Nakoniec, bude sa to týkať aj Mesiaca a zemskej orbity, ale tam sú riešenia relatívne jednoduché.

Aj preto NASA, a nielen ona, testuje optickú komunikáciu vo vesmíre. (Napríklad SpaceX takisto zavádza medzi satelitmi Starlink laserové pojítka.) Zatiaľ sa to deje na krátke vzdialenosti – rádovo stovky, maximálne tisícky kilometrov, ale pôjde to aj ďalej. Dôkazom je experiment NASA Deep Space Optical Communications (DSOC), ktorý sa prvýkrát prepojil s komunikačným systémom kozmickej sondy Psyche a prenášal z nej technické dáta na Zem.

Od štartu 13. októbra 2023 je kozmická sonda Psyche v poriadku a spoľahlivo funguje na svojej ceste do hlavného pásu asteroidov medzi Marsom a Jupiterom. Jej cieľom je kovový asteroid, po ktorom dostala meno. Už prvý test optickej komunikácie ukázal, že dokáže prenášať údaje maximálnou rýchlosťou až 267 Mbit/s pomocou blízko infračerveného lasera. To je bitová rýchlosť porovnateľná s rýchlosťou sťahovania širokopásmového internetu pri pripojení cez optický kábel na Zemi.

Podarilo sa to ešte 11. decembra 2023, keď experiment preniesol 15-sekundové video s ultra vysokým rozlíšením na Zem zo vzdialenosti 31 miliónov kilometrov, čo je asi 80x väčšia vzdialenosť ako Zem-Mesiac. Video spolu s ďalšími testovacími údajmi bolo načítané do leteckého laserového vysielača s prijímačom pred štartom Psyche minulý rok. Teraz je však sonda viac ako sedemkrát vzdialenejšia a rýchlosť, ktorou môže odosielať a prijímať dáta, sa podľa očakávania znížila.

Počas testu 8. apríla 2024 sonda Psyche prenášala testovacie dáta maximálnou rýchlosťou 25 Mbit/s. Výrazne tak prekonala cieľ projektu dokázať, že na túto vzdialenosť by bola možná rýchlosť aspoň 1 Mbit/s. Po prepojení s rádiofrekvenčným vysielačom Psyche odoslal demonštrátor laserovej komunikácie kópiu technických údajov sondy zo vzdialenosti viac ako 226 miliónov kilometrov. To je 1,5-násobok vzdialenosti medzi Zemou a Slnkom, alebo 1,5 astronomickej jednotky.

Vizualizácia ukazuje polohu sondy Psyche 8. apríla, keď letový laserový transceiver DSOC prenášal dáta rýchlosťou 25 Mbit/s na vzdialenosť 225,3 miliónov km do prijímacej stanice na Zemi.

Laserová komunikačná technológia v tomto teste je navrhnutá tak, aby prenášala dáta z hlbokého vesmíru rýchlosťou 10 až 100-krát rýchlejšou ako najmodernejšie rádiofrekvenčné systémy, ktoré dnes používajú vesmírne misie.

Projektový tím prikázal transceiveru, aby opticky prenášal dáta generované Psyche. Zatiaľ čo sonda prenášala údaje cez svoj rádiofrekvenčný kanál do siete DSN, optický komunikačný systém súčasne prenášal časť tých istých údajov do Haleovho teleskopu v Caltech’s Palomar Observatory v San Diego County v Kalifornii . „Po prijatí údajov z DSN a Palomaru sme overili opticky stiahnuté údaje v JPL,“ povedal Ken Andrews, vedúci projektových letov v JPL. Výsledky podľa Kena Andrewsa prekonali všetky očakávania.

Tento úspech experimentu so sondou Psyche ukazuje, že by kozmické lode a vesmírne sondy mohli v budúcnosti využívať optickú komunikáciu, ktorá by umožnila prenosy komplexných vedeckých informácií s vyššou dátovou rýchlosťou, ako aj snímky a video vo vysokom rozlíšení na podporu ďalšieho obrovského skoku ľudstva: vyslania ľudí na Mars. Problém s oblačnosťou, ktorá vadí optickej komunikácii podstatne viac ako tej rádiovej, by mohli vyriešiť retranslačné satelity na obežnej dráhe. V každom prípade sa zdá, že vesmírna optika sa hlási o slovo.