Un'animazione concettuale raffigurante un satellite che utilizza i laser per trasmettere i dati da Marte alla Terra. Credito:Goddard Space Flight Center della NASA
La NASA sta sviluppando un pionieristico, dimostrazione tecnologica a lungo termine di quello che potrebbe diventare l'Internet ad alta velocità del cielo.
La dimostrazione del relè di comunicazione laser (LCRD) aiuterà la NASA a comprendere i modi migliori per far funzionare i sistemi di comunicazione laser. Potrebbero consentire velocità di trasmissione dati molto più elevate per le connessioni tra i veicoli spaziali e la Terra, come il downlink di dati scientifici e le comunicazioni degli astronauti.
"LCRD è il prossimo passo nell'implementazione della visione della NASA di utilizzare le comunicazioni ottiche sia per le missioni vicino alla Terra che per quelle nello spazio profondo, " ha detto Steve Jurczyk, amministratore associato della direzione della missione per la tecnologia spaziale della NASA, che guida il progetto LCRD. "Questa tecnologia ha il potenziale per rivoluzionare le comunicazioni spaziali, e siamo entusiasti di collaborare con l'ufficio del programma di navigazione e comunicazione spaziale della Direzione della missione per l'esplorazione umana e le operazioni, MIT Lincoln Labs e la US Air Force su questo sforzo."
comunicazioni laser, noto anche come comunicazioni ottiche, codifica i dati su un raggio di luce, che viene poi trasmesso tra veicoli spaziali ed eventualmente ai terminali terrestri. Questa tecnologia offre velocità di trasmissione dati da 10 a 100 volte migliori rispetto agli attuali sistemi di comunicazione a radiofrequenza (RF). Altrettanto importante, i sistemi di comunicazione laser possono essere molto più piccoli dei sistemi radio, consentendo ai sistemi di comunicazione dei veicoli spaziali di avere dimensioni inferiori, requisiti di peso e potenza. Tale capacità diventerà di fondamentale importanza quando gli umani intraprenderanno lunghi viaggi verso la luna, Marte e oltre.
Un ingegnere esamina il componente del giunto cardanico e del fermo di uno dei due gruppi di moduli ottici di LCRD. Il modulo ottico, quando combinato con i modem e l'elettronica del controller, costituiscono il carico utile del volo del LCRD. Credito:Goddard Space Flight Center della NASA/Sandra Vilevac
"LCRD è progettato per funzionare per molti anni e consentirà alla NASA di apprendere come utilizzare in modo ottimale questa nuova tecnologia dirompente, " disse Don Cornwell, direttore della divisione Advanced Communication and Navigation dell'ufficio del programma Space Communications and Navigation presso la sede della NASA, che guida lo sviluppo dello strumento. "Stiamo anche progettando un terminale laser per la Stazione Spaziale Internazionale che utilizzerà LCRD per trasmettere i dati dalla stazione a terra a velocità di trasmissione dati gigabit al secondo. Abbiamo in programma di far volare questo nuovo terminale nel 2021, e una volta testato, speriamo che anche molte altre missioni della NASA in orbita attorno alla Terra ne facciano volare copie per trasmettere i loro dati a terra tramite LCRD".
La missione si basa sulla dimostrazione delle comunicazioni laser lunari (LLCD), una missione esploratrice di grande successo che ha volato a bordo del Lunar Atmosphere Dust and Environment Explorer nel 2013. Mentre LLCD è stato il primo a dimostrare comunicazioni laser ad alta velocità di trasmissione oltre l'orbita terrestre bassa, LCRD dimostrerà la longevità operativa e l'affidabilità della tecnologia. La missione metterà alla prova anche le capacità di LCRD in molte diverse condizioni ambientali e scenari operativi.
"Abbiamo imparato molto nel corso degli anni sulle comunicazioni in radiofrequenza e su come funziona per sfruttare al meglio la tecnologia, "Dave Israel, Investigatore principale di LCRD, detto sull'attuale sistema di comunicazione. "Con LCRD, avremo l'opportunità di mettere alla prova le comunicazioni laser per testare le prestazioni in diverse condizioni meteorologiche e ore del giorno per ottenere quell'esperienza".
LCRD è progettato per funzionare da due a cinque anni. Due terminali di terra dotati di modem laser situati a Table Mountain, California, e alle Hawaii dimostrerà capacità di comunicazione da e verso LCRD, che si troverà in un'orbita che corrisponda alla rotazione terrestre, chiamata orbita geosincrona, tra le due stazioni.
Gli ingegneri stanno attualmente testando i gruppi di moduli ottici sul banco di prova ottico costruito da Goddard per garantire la precisione di puntamento durante la prossima missione. Credito:Goddard Space Flight Center della NASA/Sandra Vilevac
Il payload LCRD è costituito da due terminali ottici identici collegati da un componente chiamato unità di commutazione spaziale, che funge da router di dati. L'unità di commutazione spaziale è anche collegata a un downlink a radiofrequenza.
I modem traducono i dati digitali in segnali laser oa radiofrequenza e viceversa. Una volta convertiti i dati in luce laser, il modulo ottico trasmetterà i dati a Terra. Fare così, il modulo deve essere perfettamente puntato per ricevere e trasmettere i dati. Il modulo dell'elettronica di controllo (CE) comanda gli attuatori per aiutare a puntare e stabilizzare il telescopio nonostante qualsiasi movimento o vibrazione sul veicolo spaziale.
LCRD ha recentemente superato con successo una revisione del punto decisionale chiave ed è passata alla fase di sviluppo di integrazione e test, durante il quale gli ingegneri si assicureranno che ogni componente si comporti come previsto dopo il lancio dello strumento. Il lancio è previsto per l'estate 2019.
Il team LCRD è guidato dal Goddard Space Flight Center della NASA a Greenbelt, Maryland. I partner includono il Jet Propulsion Laboratory della NASA a Pasadena, California, e il Lincoln Laboratory del MIT.
LCRD è un progetto all'interno della Missione di dimostrazione tecnologica della Direzione della missione per la tecnologia spaziale della NASA, che esegue dimostrazioni a livello di sistema di tecnologie e capacità trasversali e colma il divario tra le sfide scientifiche e ingegneristiche e le innovazioni tecnologiche necessarie per superarle, consentendo nuove robuste missioni spaziali come LCRD.
