La NASA utilizza i laser per inviare informazioni da e verso la Terra, impiegando raggi invisibili per attraversare i cieli, inviando terabyte di dati, immagini e video, per aumentare la nostra conoscenza dell'universo. Questa capacità è nota come comunicazione laser o ottica, anche se questi raggi infrarossi sicuri per gli occhi non possono essere visti dagli occhi umani.

"Siamo entusiasti della promessa che le comunicazioni laser offriranno nei prossimi anni", afferma Badri Younes, vice amministratore associato e responsabile del programma per le comunicazioni spaziali e la navigazione (SCaN) presso la sede della NASA a Washington. "Queste missioni e dimostrazioni inaugurano il nuovo Decennio della Luce della NASA, in cui la NASA lavorerà con altre agenzie governative e il settore commerciale per espandere notevolmente le future capacità di comunicazione per l'esplorazione spaziale e consentire opportunità economiche solide e vivaci."

I sistemi di comunicazione laser forniscono missioni con velocità di trasmissione dati maggiori, il che significa che possono inviare e ricevere più informazioni in un'unica trasmissione rispetto alle tradizionali onde radio. Inoltre, i sistemi sono più leggeri, più flessibili e più sicuri. Le comunicazioni laser possono integrare le comunicazioni a radiofrequenza, utilizzate oggi dalla maggior parte delle missioni della NASA.

Dimostrazione del relè di comunicazione laser (LCRD)

Il 7 dicembre 2021, il Laser Communications Relay Demonstration (LCRD) è stato lanciato in orbita, a circa 22.000 miglia dalla Terra per testare le capacità delle comunicazioni laser. LCRD è la prima dimostrazione tecnologica dell'agenzia di un sistema di relè laser a due vie. Ora che l'LCRD è in orbita, i progressi nelle comunicazioni laser della NASA continuano.

Programma per sperimentatori LCRD

Nel maggio 2022, la NASA ha certificato che LCRD è pronto per condurre esperimenti. Questi esperimenti stanno testando e perfezionando i sistemi laser, l'obiettivo generale della missione. Gli esperimenti forniti dalla NASA, da altre agenzie governative, dal mondo accademico e dall'industria stanno misurando gli effetti a lungo termine dell'atmosfera sui segnali di comunicazione laser; valutare l'applicabilità della tecnologia per missioni future; e testare le capacità del relè laser in orbita.

"Inizieremo a ricevere alcuni risultati di esperimenti quasi immediatamente, mentre altri sono a lungo termine e ci vorrà del tempo prima che le tendenze emergano durante il periodo di due anni dell'esperimento di LCRD", ha affermato Rick Butler, responsabile del progetto per il programma di sperimentatori LCRD presso il Goddard Space Flight della NASA Centro a Greenbelt, nel Maryland. "LCRD risponderà alle domande dell'industria aerospaziale sulle comunicazioni laser come opzione operativa per applicazioni ad alta larghezza di banda."

"Il programma è ancora alla ricerca di nuovi esperimenti e chiunque sia interessato dovrebbe contattarlo", ha affermato Butler. "Stiamo attingendo alla comunità delle comunicazioni laser e questi esperimenti mostreranno come funzionerà l'ottica per le organizzazioni internazionali, l'industria e il mondo accademico."

La NASA continua ad accettare proposte per nuovi esperimenti per aiutare a perfezionare le tecnologie ottiche, aumentare le conoscenze e identificare applicazioni future.

LCRD trasmetterà anche i dati presentati dal pubblico poco dopo il suo lancio sotto forma di risoluzioni per il nuovo anno condivise con gli account dei social media della NASA. Queste risoluzioni saranno trasmesse da una stazione di terra in California e inoltrate tramite LCRD a un'altra stazione di terra situata alle Hawaii come ulteriore dimostrazione delle capacità di LCRD.

TeraByte InfraRed Delivery (TBIRD)

Di recente, a seguito di LCRD, il carico utile TeraByte InfraRed Delivery (TBIRD) è stato lanciato il 25 maggio 2022, come parte della missione Pathfinder Technology Demonstrator 3 (PTD-3), dalla Cape Canaveral Space Force Station sulla missione di condivisione del traffico Transporter-5 di SpaceX. TBIRD presenterà downlink di dati di 200 gigabit al secondo, la velocità ottica più alta mai raggiunta dalla NASA.

TBIRD sta continuando l'infusione di comunicazioni ottiche della NASA dimostrando i vantaggi che le comunicazioni laser potrebbero avere per le missioni scientifiche vicino alla Terra che acquisiscono dati importanti e immagini dettagliate di grandi dimensioni. TBIRD sta inviando terabyte di dati in un unico passaggio, dimostrando i vantaggi di una maggiore larghezza di banda e fornendo alla NASA maggiori informazioni sulle capacità delle comunicazioni laser sui piccoli satelliti. TBIRD ha le dimensioni di una scatola di fazzoletti!

"In passato, abbiamo progettato i nostri strumenti e veicoli spaziali in base al vincolo della quantità di dati che possiamo ottenere dallo spazio o tornare sulla Terra", ha affermato Beth Keer, project manager di TBIRD. "Con le comunicazioni ottiche, stiamo soffiando fuori dall'acqua per quanto riguarda la quantità di dati che possiamo riportare. È davvero una capacità rivoluzionaria."

Modem utente e terminale amplificatore integrato LCRD in orbita bassa (ILLUMA-T)

Lanciato all'inizio del 2023 nel tronco Dragon della 27a missione di servizi di rifornimento commerciale di SpaceX alla Stazione Spaziale Internazionale, il terminale integrato LCRD per utenti con orbita bassa e amplificatore (ILLUMA-T) porterà le comunicazioni laser al laboratorio orbitante e consentirà agli astronauti di vivere e lavorare lì con capacità di dati avanzate.

ILLUMA-T raccoglierà informazioni dagli esperimenti a bordo della stazione e invierà i dati a LCRD a 1,2 gigabit al secondo. Di questo passo, un lungometraggio potrebbe essere scaricato in meno di un minuto. L'LCRD trasmetterà quindi queste informazioni alle stazioni di terra alle Hawaii o in California.

"ILLUMA-T e LCRD lavoreranno insieme per diventare il primo sistema laser a dimostrare collegamenti tra l'orbita terrestre bassa e l'orbita geosincrona verso terra", ha affermato Chetan Sayal, project manager per ILLUMA-T presso la NASA Goddard.

Sistema di comunicazione ottica (O2O) Orion Artemis II

L'Orion Artemis II Optical Communications System (O2O) porterà comunicazioni laser sulla Luna a bordo della navicella spaziale Orion della NASA durante la missione Artemis II. O2O sarà in grado di trasmettere immagini e video ad alta risoluzione quando gli astronauti torneranno nella regione lunare per la prima volta in oltre 50 anni. Artemis II sarà il primo volo lunare con equipaggio a dimostrare le tecnologie di comunicazione laser, inviando dati sulla Terra con una velocità di collegamento in discesa fino a 260 megabit al secondo.

"Infondendo nuove tecnologie di comunicazione laser nelle missioni Artemis, stiamo fornendo ai nostri astronauti un accesso ai dati più ampio che mai", ha affermato Steve Horowitz, Project Manager di O2O. "Maggiore è la velocità dei dati, più informazioni i nostri strumenti possono inviare a casa sulla Terra e più scienza possono svolgere i nostri esploratori lunari."

Gli sforzi di comunicazione laser della NASA si estendono anche nello spazio profondo. Attualmente, la NASA sta lavorando a un futuro terminale in grado di testare le comunicazioni laser contro distanze estreme e vincoli di puntamento impegnativi.

Che si tratti di portare comunicazioni laser in missioni vicino alla Terra, sulla Luna o nello spazio profondo, l'infusione di sistemi ottici sarà fondamentale per le future missioni della NASA. Le velocità di trasmissione dati più elevate delle comunicazioni laser consentiranno alle missioni esplorative e scientifiche di inviare più dati sulla Terra e scoprire di più sull'universo. La NASA sarà in grado di utilizzare le informazioni provenienti da immagini, video ed esperimenti per esplorare non solo la regione vicina alla Terra, ma anche per prepararsi per future missioni su Marte e oltre. + Esplora ulteriormente

La prossima demo di comunicazioni laser della NASA installata, integrata