NASA的ILLUMA-T有效載荷通過激光信號與LCRD通信。資料來源:美國宇航局/戴夫瑞安
美國宇航局使用國際空間站(一個足球場大小的繞地球運行的航天器)來了解更多關(guān)于在太空中生活和工作的信息。20多年來,空間站為生物學、技術(shù)、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域的調(diào)查和研究提供了一個獨特的平臺。它是宇航員進行實驗的家園,包括提高NASA的空間通信能力。
2023年,美國宇航局將向空間站發(fā)送一項名為集成LCRD低地球軌道用戶調(diào)制解調(diào)器和放大器終端(ILLUMA-T)的技術(shù)演示。ILLUMA-T和2021年12月發(fā)射的激光通信中繼演示(LCRD)將共同完成NASA的第一個雙向端到端激光中繼系統(tǒng)。
通過ILLUMA-T,美國宇航局的空間通信和導(dǎo)航(SCaN)項目辦公室將展示空間站激光通信的力量。激光通信系統(tǒng)使用不可見的紅外光以更高的數(shù)據(jù)速率發(fā)送和接收信息。有了更高的數(shù)據(jù)速率,任務(wù)可以在一次傳輸中將更多的圖像和視頻發(fā)送回地球。一旦安裝在空間站上,ILLUMA-T將展示更高的數(shù)據(jù)速率對低地球軌道任務(wù)的好處。
“激光通信為任務(wù)提供了更大的靈活性和從太空獲取數(shù)據(jù)的快速方式,”NASASCaN計劃前副副局長Badri Younes說?!拔覀冋趯⑦@項技術(shù)整合到地球附近,月球和深空的演示中。
除了更高的數(shù)據(jù)速率外,激光系統(tǒng)更輕,功耗更低,這是設(shè)計航天器時的一個關(guān)鍵優(yōu)勢。ILLUMA-T的大小與標準冰箱差不多,將被固定在空間站的外部模塊上,以便與LCRD進行演示。
目前,LCRD正在展示距離地球22,000英里的地球同步軌道激光中繼的好處,通過在兩個地面站之間傳輸數(shù)據(jù)并進行實驗以進一步完善NASA的激光能力。
“一旦ILLUMA-T進入空間站,終端將以每秒1.2千兆位的速度向LCRD發(fā)送高分辨率數(shù)據(jù),包括圖片和視頻,”ILLUMA-T副項目經(jīng)理Matt Magsamen說?!叭缓?,數(shù)據(jù)將從LCRD發(fā)送到夏威夷和加利福尼亞的地面站。該演示將展示激光通信如何使低地球軌道任務(wù)受益。
美國宇航局的激光通信路線圖:在各種空間條件下的多個任務(wù)中展示激光通信能力。資料來源:美國宇航局/戴夫瑞安
ILLUMA-T作為SpaceX為NASA執(zhí)行的第29次商業(yè)補給服務(wù)任務(wù)的有效載荷發(fā)射。在發(fā)射后的前兩周,ILLUMA-T將從龍飛船的后備箱中取出,安裝在空間站的日本實驗?zāi)K暴露設(shè)施(JEM-EF)上,也稱為“Kibo” - 在日語中意為“希望”。
有效載荷安裝后,ILLUMA-T團隊將進行初步測試和在軌檢查。一旦完成,該團隊將通過有效載荷的第一束光 - 這是一個關(guān)鍵的里程碑,該任務(wù)通過其光學望遠鏡將其第一束激光傳輸?shù)絃CRD。
一旦達到第一縷曙光,數(shù)據(jù)傳輸和激光通信實驗將開始并在整個計劃任務(wù)期間繼續(xù)進行。
在不同場景中測試激光器
未來,可操作的激光通信將補充射頻系統(tǒng),今天大多數(shù)天基任務(wù)都使用無線電頻率系統(tǒng)將數(shù)據(jù)送回家。ILLUMA-T不是第一個在太空中測試激光通信的任務(wù),但使NASA更接近該技術(shù)的操作注入。
除了LCRD,ILLUMA-T的前身還包括2022年TeraByte紅外傳輸系統(tǒng),該系統(tǒng)目前正在低地球軌道的小型立方體衛(wèi)星上測試激光通信;月球激光通信演示,在2014年月球大氣和塵埃環(huán)境探測器任務(wù)期間將數(shù)據(jù)往返于月球軌道和地球;以及2017年激光通信科學的光學有效載荷,該模型展示了與無線電信號相比,激光通信如何加快地球和太空之間的信息流動。
測試激光通信在各種場景中產(chǎn)生更高數(shù)據(jù)速率的能力將有助于航空航天界進一步完善未來月球、火星和深空任務(wù)的能力。
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