美国国家航空航天局的深空通信将获得激光助推

深空光学通信（DSOC）飞行收发器位于Psyche航天器上的一个大型管状遮阳伞和望远镜内，如图所示，位于喷气推进实验室的一个洁净室内。早期的一张照片（插图）显示了收发器组件与航天器集成之前的情况。

该机构正在太空和地面测试技术，这些技术可以增加带宽，传输更复杂的科学数据，甚至从火星传输视频。

美国国家航空航天局的深空光学通信（DSOC）项目将于今年秋天发射，该项目将测试激光如何加速数据传输，远远超过目前太空中使用的射频系统的能力。所谓的技术演示，DSOC可能为宽带通信铺平道路，这将有助于支持人类的下一个巨大飞跃：当美国国家航空航天局将宇航员送上火星时。

DSOC近红外激光收发器（一种可以发送和接收数据的设备）将在10月发射到一颗富含金属的同名小行星时“搭载”美国国家航空航天局的Psyche任务。在旅程的前两年，收发器将与南加州的两个地面站通信，测试高灵敏度探测器、强大的激光发射器，以及解码收发器从深空发送的信号的新方法。

美国国家航空航天局专注于激光或光学通信，因为它有可能超过半个多世纪以来一直依赖的无线电波带宽。无线电和近红外激光通信都使用电磁波传输数据，但近红外光将数据封装成明显更紧密的波，使地面站能够同时接收更多数据。

位于南加州的美国国家航空航天局喷气推进实验室的DSOC项目技术专家Abi Biswas说：“DSOC的设计目的是展示当今太空中使用的最先进无线电系统的数据返回能力的10到100倍。”。“近地轨道和绕月卫星的高带宽激光通信已经得到证明，但深空带来了新的挑战。”

前往深空的任务比以往任何时候都多，而且它们有望以复杂的科学测量、高清图像和视频的形式产生比过去更多的数据。因此，像DSOC这样的实验将在帮助美国国家航空航天局推进未来航天器和地面系统常规使用的技术方面发挥关键作用。

位于加利福尼亚州圣地亚哥县的加州理工学院帕洛马天文台的Hale望远镜将接收来自DSOC飞行收发器的高速数据下行链路。该望远镜配备了一个新型超导探测器，能够定时来自深空的单个光子的到达。

华盛顿NASA总部技术演示任务（TDM）项目主任Trudy Kortes表示：“DSOC代表了NASA开发革命性改进通信技术计划的下一阶段，这些技术能够增加太空数据传输，这对该机构未来的雄心至关重要。”。“我们很高兴有机会在Psyche的飞行中测试这项技术。”

突破性技术

Psyche上的收发器采用了几种新技术，包括一个从未飞行过的光子计数相机，该相机连接在从航天器侧面突出的8.6英寸（22厘米）口径望远镜上。该收发器将自动扫描并“锁定”由位于加利福尼亚州赖特伍德附近的JPL桌山设施的光学通信望远镜实验室传输的高功率近红外激光上行链路。激光上行链路还将演示向收发器发送命令。

美国国家航空航天局总部太空通信与导航（SCaN）项目执行官Jason Mitchell表示：“强大的上行链路激光器是这项技术演示的关键部分，可以为航天器提供更高的速率，我们地面系统的升级将为未来的深空任务提供光通信。”。

一旦锁定到上行链路激光器上，收发器将在加州圣地亚哥县的加州理工学院帕洛马天文台定位200英寸（5.1米）的黑尔望远镜，该天文台位于桌山以南约100英里（130公里）处。然后，收发器将使用其近红外激光将高速数据传输到帕洛马岛。航天器的振动可能会使激光偏离目标，但将收发器连接到Psyche上的最先进的支柱会抑制这种振动。

为了接收来自DSOC收发器的高速下行链路激光，Hale望远镜安装了一个新型超导纳米线单光子探测器组件。该组件经过低温冷却，因此可以检测到单个入射激光光子（一种量子光粒子）并记录其到达时间。激光以脉冲串的形式传输，必须传播超过2亿英里（3亿公里），这是航天器在此次技术演示中最远的距离，然后才能检测和处理微弱信号以提取信息。

JPL的DSOC项目经理Bill Klipstein表示：“DSOC的每个组件都展示了新技术，从高功率上行链路激光器到收发器望远镜上的指向系统，再到可以在单个光子到达时对其进行计数的灵敏探测器。”。“该团队甚至需要开发新的信号处理技术，从远距离传输的微弱信号中挤出信息。”

所涉及的距离给技术演示带来了另一个挑战：Psyche旅程越远，光子到达目的地所需的时间就越长，造成长达数十分钟的滞后。当激光光子传播时，地球和航天器的位置将不断变化，因此需要补偿这种滞后。

Biswas说：“在处理地球和Psyche的相对运动时，指向激光并锁定数百万英里，这对我们的项目来说是一个令人兴奋的挑战。”。

更多关于使命

DSOC将在2026年美国国家航空航天局的Psyche任务发射后，在飞往火星的途中演示近两年的操作。虽然DSOC收发器将由Psyche航天器托管，但技术演示不会转播Psyche任务数据。每个项目的成功与否都是独立评估的。

DSOC是由TDM和SCaN资助的一系列光通信演示中的最新一个。JPL是加州理工学院位于加利福尼亚州帕萨迪纳的一个部门，负责管理美国国家航空航天局空间技术任务局内TDM的DSOC和该机构太空运营任务局内的SCaN。

Psyche任务由亚利桑那州立大学领导。JPL负责任务的总体管理、系统工程、集成和测试以及任务操作。Psyche是美国国家航空航天局探索计划的一部分。