NASA установило лазерную связь с космическим аппаратом в 40 раз дальше Луны

Всё произошло в рамках эксперимента NASA по оптической связи в глубоком космосе (DSOC). Лазерный луч в ближнем инфракрасном диапазоне, несущий тестовые данные, был успешно передан со спутника «Психея» и пойман телескопом Хейла в Паломарской обсерватории в Калифорнии. Дистанция — те самые 16 млн км. Это рекорд. До сих пор оптическую связь испытывали только на околоземной орбите и у Луны, но в глубоком космосе — впервые.

Сам эксперимент DSOC — пассажир на борту аппарата «Психея», который сейчас летит к поясу астероидов между Марсом и Юпитером. В течение двух лет технологию будут тестировать, пытаясь передавать на Землю данные с невиданной ранее скоростью. Управляет всем этим великолепием Лаборатория реактивного движения NASA (JPL).

Исторический момент, который назвали «первым светом», случился 14 ноября. Бортовой лазерный приёмопередатчик на «Психее» уловил мощный сигнал-маяк, отправленный с наземной станции на Столовой горе в Калифорнии. Этот маяк был как путеводная звезда: он помог аппарату развернуться и с ювелирной точностью нацелить свой ответный лазер прямо в сторону телескопа Хейла, что в 130 километрах от маяка. Автоматические системы сделали всё остальное.

«Этот обмен лазерными „рукопожатиями“ — лишь первый из многих критически важных шагов, — говорит Труди Кортес из NASA. — Он прокладывает путь к высокоскоростной связи, которая понадобится для передачи тонн научных данных, снимков в высоком разрешении и даже стримов, когда человечество сделает свой следующий гигантский прыжок — отправит людей на Марс». Звучит как фантастика, но работа уже началась.

«Тот тест во вторник стал первым, где мы задействовали и наземные станции, и бортовой передатчик в полную силу, — поясняет Мера Шринивасан, руководитель операций DSOC в JPL. — Это была головоломка, требующая слаженной работы двух команд. Предстоит ещё много работы, но мы уже смогли передать, принять и расшифровать данные». Разве не удивительно, что мы можем декодировать биты, закодированные в отдельных фотонах, преодолевших миллионы километров пустоты?

Как DSOC впервые будет использован для тестирования высокоскоростной передачи данных за пределы лунной орбиты и как это может изменить исследование дальнего космоса. NASA/JPL-Caltech/ASU

Первый свет и первый бит

Итак, «первый свет» есть. Что дальше? Сейчас команда DSOC будет оттачивать системы наведения лазера на борту «Психеи». После этого начнутся главные испытания — демонстрация передачи данных на высокой скорости с разных расстояний от Земли. Данные здесь — это буквально «биты света», информация, закодированная в фотонах, выпущенных лазером.

На земле фотоны ловит сверхчувствительная сверхпроводящая матрица детекторов на телескопе Хейла, а затем из каждого фотона, словно из сокровищницы, извлекаются данные с помощью хитроумных алгоритмов обработки сигналов.

В чём суть прорыва? DSOC должен показать скорость передачи данных, в 10–100 раз превышающую возможности современных радиосистем на космических аппаратах. И радио, и лазер используют электромагнитные волны. Но инфракрасный свет позволяет «упаковать» данные невероятно плотно. Представьте, что вместо узкой тропинки вы получаете скоростное многополосное шоссе для информации.

Самое сложное в дальнем космосе — временные задержки. Свет хоть и быстр, но не мгновенен. На максимальном удалении «Психеи» фотону потребуется около 20 минут, чтобы долететь до нас (во время теста 14 ноября путь занял «всего» 50 секунд). За это время и Земля, и космический аппарат успеют сместиться на своих орбитах. Лазерам с обеих сторон придётся постоянно подстраиваться, вести прицельную стрельбу по движущейся мишени на астрономических расстояниях.

«Получить первый свет — это колоссальное достижение, — не скрывает эмоций Аби Бисвас, технологический руководитель проекта DSOC в JPL. — Наши наземные системы сумели уловить фотоны лазера из глубокого космоса. Более того, мы смогли послать данные в ответ. Мы обменялись с Вселенной „битами света“». Это звучит как поэзия, но на самом деле это суровая и блестящая инженерия.