NASA 的深空光通信 ( DSOC ) 项目将于今年秋天启动，将测试激光如何加速数据传输，远远超出当前太空中使用的射频系统的能力。DSOC 被称为技术演示，它可能为宽带通信铺平道路，这将有助于支持人类的下一次巨大飞跃：美国宇航局将宇航员送往火星。
DSOC 近红外激光收发器（一种可以发送和接收数据的设备）将于10 月份发射到一颗富含金属的同名小行星时，将“搭载” NASA 的 Psyche 任务。在旅程的前两年，收发器将与南加州的两个地面站进行通信，测试高灵敏度探测器、强大的激光发射器以及解码收发器从深空发送的信号的新颖方法。
美国国家航空航天局 (NASA) 专注于激光或光学通信，因为它有可能超越无线电波的带宽，而该机构半个多世纪以来一直依赖无线电波。无线电和近红外激光通信都使用电磁波来传输数据，但近红外光将数据打包成更紧密的波，使地面站能够一次接收更多数据。
“DSOC 的设计目的是展示目前太空中使用的最先进无线电系统数据返回能力的 10 到 100 倍，”位于南加州 NASA 喷气推进实验室的 DSOC 项目技术专家 Abi Biswas 说道。“近地轨道和月球轨道卫星的高带宽激光通信已经得到证实，但深空提出了新的挑战。”
前往深空的任务比以往任何时候都多，而且它们承诺以复杂的科学测量、高清图像和视频的形式产生比过去的任务多得多的数据。因此，像 DSOC 这样的实验将在帮助 NASA 推进未来航天器和地面系统常规使用的技术方面发挥至关重要的作用。
技术演示任务 ( TDM ) 项目主任 Trudy Kortes 表示：“DSOC 代表了 NASA 计划的下一阶段，即开发革命性改进的通信技术，这些技术能够增加太空数据传输，这对于该机构的未来雄心至关重要。”位于华盛顿的 NASA 总部。“我们很高兴有机会在 Psyche 的飞行期间测试这项技术。”
突破性技术
Psyche 上的收发器采用了多项新技术，包括连接到从航天器侧面突出的 8.6 英寸（22 厘米）孔径望远镜的前所未有的光子计数相机。该收发器将自动扫描并“锁定”由加州赖特伍德附近喷气推进实验室桌山设施光通信望远镜实验室传输的高功率近红外激光上行链路。激光上行链路还将演示向收发器发送命令。
NASA 空间通信与导航 ( SCaN)项目主管杰森·米切尔 (Jason Mitchell) 表示：“强大的上行链路激光器是本次技术演示的关键部分，可提高航天器的传输速率，而地面系统的升级将为未来的深空任务提供光通信支持。” ）美国宇航局总部的计划。
一旦锁定上行链路激光，收发器将定位位于加利福尼亚州圣地亚哥县加州理工学院帕洛玛天文台的 200 英寸（5.1 米）海尔望远镜，该天文台位于桌山以南约 100 英里（130 公里）处。然后，收发器将使用其近红外激光将高速数据传输到帕洛玛。将收发器连接到 Psyche 的最先进的支柱可以抑制航天器的振动，否则可能会使激光偏离目标。
为了接收来自 DSOC 收发器的高速下行链路激光，海尔望远镜配备了新型超导纳米线单光子探测器组件。该组件经过低温冷却，以便可以检测到单个入射激光光子（光的量子粒子）并记录其到达时间。激光以脉冲串的形式传输，必须传播超过 2 亿英里（3 亿公里）——这是本次技术演示中航天器的最远距离——然后才能检测到并处理微弱信号以提取信息。
“DSOC 的每个组件都展示了新技术，从高功率上行链路激光器到收发器望远镜上的指向系统，再到可以在单个光子到达时对其进行计数的极其灵敏的探测器，”DSOC 项目喷气推进实验室的 Bill Klipstein 说道经理。“该团队甚至需要开发新的信号处理技术，从远距离传输的微弱信号中提取信息。”
所涉及的距离给技术演示带来了另一个挑战：Psyche 的旅程越远，光子到达目的地所需的时间就越长，从而造成长达数十分钟的滞后。当激光光子行进时，地球和航天器的位置会不断变化，因此需要补偿这种滞后。
比斯瓦斯说：“在处理地球和普赛克的相对运动的同时，将激光指向并锁定数百万英里，这对我们的项目构成了令人兴奋的挑战。”
关于使命的更多信息
DSOC 将在 NASA 于 2026 年飞越火星的途中展示 Psyche 任务发射后近两年的操作。虽然 DSOC 收发器将由 Psyche 航天器托管，但技术演示不会转发 Psyche 任务数据。每个项目的成功与否都是独立评估的。
DSOC 是TDM 和 SCaN 资助的一系列光通信演示中的最新项目。JPL 是加利福尼亚州帕萨迪纳加州理工学院的一个部门，负责管理 NASA 空间技术任务理事会内的 TDM 的 DSOC 和该机构空间操作任务理事会内的 SCaN。
Psyche 任务由亚利桑那州立大学领导。喷气推进实验室负责任务的整体管理、系统工程、集成和测试以及任务运行。Psyche 是 NASA 发现计划的一部分。
