NASA測試用於雷射和無線電空間通訊的混合天線
為了使深空任務的高速通訊成為現實,美國國家航空暨太空總署(NASA)正在測試一種巨大的混合碟形天線,這種天線能夠在數億英里的太空中同時處理無線電和雷射訊號。美國國家航空暨太空總署(NASA)飛往同名小行星的”Psyche”號任務的亮點之一是其深空光通訊(DSOC)裝置,這是一個雷射收發器,能夠發送和接收雷射訊號,通訊速度比傳統無線電系統快許多倍。
自2024年10月13日發射機器人探測器以來,迄今為止,它已經達成了一些令人矚目的成就。 11月,DSOC成功地從1000萬英里(約1600萬公里)的距離傳輸了數據,相當於地球到月球距離的40倍。唯一的問題是,地球和Psyche 之間的聯繫是透過第三方操縱的測試裝置實現的。 DSOC瞄準的是加州聖迭戈縣加州理工學院帕洛瑪天文台的黑爾望遠鏡,借助的是從加州賴特伍德附近JPL台山設施的光通訊望遠鏡實驗室發射的雷射信標。“金石”無線電/雷射混合實驗天線美國太空總署/JPL-加州理工學院這意味著它需要各種自動輔助設備,還要能夠預測並鎖定一個太空船的位置,而這個太空船距離我們非常遙遠,訊號覆蓋這個距離需要20 秒鐘。這也意味著要佔用兩個非常昂貴的天文觀測站,研究人員必須提前數年安排時間。因此,美國國家航空暨太空總署(NASA)正在一個單獨的項目中研究一種混合天線,這種天線可以安裝在位於加州戈德斯通、西班牙馬德里和澳洲坎培拉的三個深空網路站中。雷射收集器美國太空總署/JPL-加州理工學院
測試版本是一個34 公尺(112 英尺)的射頻-光學-混合天線,名為”深空站13″,位於加州巴斯托附近的金石深空通訊中心。為了進行測試,這個巨大的碟形天線被改裝成七個超精密的分段反射鏡,相當於一個3.3 英尺(1 公尺)孔徑的望遠鏡。這樣就能捕捉到來自太空的雷射光束,並將其聚焦到一個接收器上,接收器是一個高曝光相機,連接在天線的副反射鏡上,懸掛在碟形天線中心的上方。然後,訊號通過光纖傳送到一個低溫冷卻的半導體奈米線單光子探測器,將其提升到可讀取的水平。據美國國家航空暨太空總署稱,該天線能夠與”Psyche”號保持聯繫,並在去年年底建立了每秒15.63 兆比特的下行鏈路,即在2000 萬英里(3200 萬公里)的距離上以大約40 倍的無線電速率傳輸。它還能夠同時接收探測器的無線電訊號。天文學家希望混合天線能夠在相當於火星距地球最遠點的距離,即2.32 億英里(3.74 億千米)與Psyche 保持聯繫。下一步將擴大光學鏡面陣列的規模,使其相當於一個26 英尺(8 公尺)長的望遠鏡,隨後再對構成DSN 的14 個天線中的一些天線進行改裝,以便同時收集高速雷射訊號和低速無線電通信信號。噴射推進實驗室(JPL)通訊地面系統副經理兼混合天線交付經理Barzia Tehrani 表示:「幾十年來,我們一直在為DSN 遍布全球的巨型天線增加新的無線電頻率,因此最可行的下一步就是增加光學頻率。我們可以用一種資產同時做兩件事;將我們的通訊道路變成高速公路,節省時間、金錢和資源。”