Un veicolo spaziale destinato a esplorare un asteroide unico testerà anche un nuovo hardware di comunicazione che utilizza laser anziché onde radio.

Il pacchetto Deep Space Optical Communications (DSOC) a bordo della missione Psyche della NASA utilizza i fotoni, la particella fondamentale della luce visibile, per trasmettere più dati in un determinato periodo di tempo. L'obiettivo del DSOC è aumentare le prestazioni e l'efficienza delle comunicazioni dei veicoli spaziali da 10 a 100 volte rispetto ai mezzi convenzionali, il tutto senza aumentare in massa il carico della missione, volume, potenza e/o spettro.

Sfruttare i vantaggi offerti dalle comunicazioni laser dovrebbe rivoluzionare le future attività spaziali, uno dei principali obiettivi della Space Technology Mission Directorate (STMD) della NASA.

Il progetto DSOC sta sviluppando tecnologie chiave che vengono integrate in un ricetrasmettitore laser di volo (FLT) adatto allo spazio profondo, lavoro ad alta tecnologia che farà avanzare questa modalità di comunicazione al Technology Readiness Level (TRL) 6. Raggiungere un livello TRL 6 equivale ad avere una tecnologia che è un prototipo o un modello rappresentativo completamente funzionale.

Come dimostrazione tecnologica "che cambia il gioco", DSOC è esattamente questo. Il programma di sviluppo del cambio di gioco della NASA STMD ha finanziato la fase di sviluppo tecnologico di DSOC. La dimostrazione di volo è finanziata congiuntamente da STMD, il programma Technology Demonstration Mission (TDM) e NASA/HEOMD/Space Communication and Navigation (SCaN).

Il lavoro sul pacchetto laser si svolge presso il Jet Propulsion Laboratory della NASA a Pasadena, California.

"Le cose stanno prendendo forma ragionevolmente e abbiamo una notevole quantità di attività di test in corso, "dice Abhijit Biswas, Tecnologo del progetto DSOC in sistemi di comunicazione di volo presso JPL. La consegna del DSOC per l'integrazione all'interno della missione Psyche è prevista nel 2021 con il lancio del veicolo spaziale nell'estate del 2022, lui spiega.

"Pensa al ricetrasmettitore laser di volo DSOC a bordo di Psyche come un telescopio, "Biswas spiega, in grado di ricevere e trasmettere la luce laser in raffiche di fotoni temporizzate con precisione.

L'architettura DSOC si basa sulla trasmissione di un raggio laser dalla Terra per assistere la stabilizzazione della linea di mira per rendere possibile il puntamento all'indietro di un raggio laser in downlink. Il laser a bordo della navicella spaziale Psiche, Biswas dice, si basa su un amplificatore di potenza master-oscillatore che utilizza fibre ottiche.

Il raggio laser al DSOC sarà trasmesso dalla Table Mountain Facility del JPL situata vicino alla città di Wrightwood, California, nella foresta nazionale di Angeles. La trasmissione di dati dallo spazio del DSOC sarà ricevuta da un telescopio terrestre di grande apertura al Palomar Mountain Observatory in California, vicino a San Diego.

Biswas prevede di operare DSOC forse 60 giorni dopo il lancio, dato il check-out della navicella spaziale Psyche dopo il decollo. Le corse di prova dell'apparecchiatura laser avverranno su distanze comprese tra 0,1 e 2,5 unità astronomiche (AU) sulla sonda diretta verso l'esterno. Una UA è circa 150 milioni di chilometri, ovvero la distanza tra la Terra e il Sole.

"Sono molto entusiasta di essere in missione, "dice Biswas, che ha lavorato alla tecnologia di comunicazione laser dalla fine degli anni '90. "È un privilegio unico lavorare su DSOC."

La missione Psyche è stata selezionata per il volo all'inizio del 2017 nell'ambito del Discovery Program della NASA, una serie di prodotti a basso costo, missioni spaziali robotiche altamente focalizzate che stanno esplorando il sistema solare.

La navicella spaziale sarà lanciata nell'estate del 2022 a 16 Psiche, un caratteristico asteroide metallico circa tre volte più lontano dal sole della Terra. L'arrivo previsto della sonda sull'asteroide della fascia principale avverrà nel 2026.

Lindy Elkins-Tanton è direttrice della School of Earth and Space Exploration presso l'Arizona State University di Tempe. È l'investigatrice principale della missione Psiche.

"Sono elettrizzato dal fatto che Psiche stia per volare con il pacchetto Deep Space Optical Communications, " dice Elkins-Tanton. "Prima di tutto, la tecnologia è strabiliante e tira fuori tutto il mio geek interiore. Chi non vuole comunicare con i laser, e moltiplicare la quantità di dati che possiamo inviare avanti e indietro?"

Elkins-Tanton aggiunge che avvicinare il volo spaziale robotico e umano è fondamentale per il futuro spaziale dell'umanità. "Avere la nostra tecnologia di test delle missioni robotiche che speriamo ci aiuti a comunicare con le persone nello spazio profondo è un'eccellente integrazione delle missioni della NASA e di tutti i nostri obiettivi, " lei dice.

Nella progettazione di un semplice, navicella spaziale di grande eredità per fare l'emozionante esplorazione del mondo metallico Psiche, "Trovo che sia la propulsione elettrica solare che le comunicazioni ottiche nello spazio profondo siano estremamente futuristiche. Sono orgoglioso della NASA e della nostra comunità tecnica per averlo reso possibile, "Conclude Elkins-Tanton.

Biswas spiega che DSOC è un esperimento esploratore. Il futuro è davvero luminoso per la tecnologia, egli propone, come la creazione di infrastrutture di telecomunicazioni capaci intorno a Marte.

"Fare ciò consentirebbe il supporto degli astronauti che vanno e infine atterrano su Marte, " Biswas ha detto. "Le comunicazioni laser aumenteranno enormemente questa capacità. La capacità di inviare da Marte alla Terra molte informazioni, compreso lo streaming di immagini ad alta definizione, sarà molto abilitante".