Illustration einer Illustration eines Laserkommunikationsrelais der NASA, das über Laserverbindungen mit der Internationalen Raumstation ISS kommuniziert. Bildnachweis: Goddard Space Flight Center der NASA

NASADie Laser Communications Relay Demo (LCRD) wird Laserkommunikationssysteme verwenden, um Daten vom Weltraum zur Erde zu übertragen. Hier sind sechs Dinge, die Sie über die revolutionäre LCRD-Mission der NASA wissen müssen.

1. Die Laserkommunikation wird die Art und Weise verändern, wie die NASA Informationen im und aus dem Weltraum erhält.

Seit den Anfängen der Weltraumforschung verwendet die NASA Hochfrequenzsysteme, um mit Astronauten und Raumfahrzeugen zu kommunizieren. Da jedoch Weltraummissionen mehr Daten generieren und sammeln, steigt der Bedarf an verbesserten Kommunikationsfähigkeiten. LCRD nutzt die Stärke Laserkontakte, das Infrarotlicht anstelle von Radiowellen verwendet, um Informationen zur und von der Erde zu verschlüsseln und zu übertragen.

Sowohl Radiowellen als auch Infrarot-Laserlichtwellen sind Formen elektromagnetischer Strahlung mit Wellenlängen an verschiedenen Punkten des Spektrums. Missionen kodieren ihre wissenschaftlichen Daten in elektromagnetische Signale, um sie zur Erde zurückzusenden.

Infrarotlicht, das in der Laserkommunikation verwendet wird, unterscheidet sich von Funkwellen dadurch, dass es mit einer viel höheren Frequenz auftritt, sodass Ingenieure mehr Daten in jede Übertragung packen können. Mehr Daten führen gleichzeitig zu mehr Informationen und Entdeckungen über den Weltraum.

Mit Infrarotlasern wird das LCRD Daten aus einer geosynchronen Umlaufbahn mit 1,2 Gigabit pro Sekunde (Gbps) zurück zur Erde senden. Bei dieser Geschwindigkeit und Entfernung können Sie einen Film in weniger als einer Minute herunterladen.

Das LCRD wird im Rahmen der Mission Space Test Program (STP-3) als Nutzlast auf einem Raumfahrzeug des Verteidigungsministeriums fliegen. Das LCRD wird die Erforschung der Laserkommunikation durch die NASA fortsetzen, um zukünftige Missionen zum Mond und darüber hinaus zu unterstützen. Bildnachweis: Goddard Space Flight Center der NASA

2. Laserkommunikation wird es dem Raumfahrzeug ermöglichen, mehr Daten in einem einzigen Downlink nach Hause zu senden.

Wenn Sie in den späten 80ern und frühen 90ern gelebt haben, werden Sie sich an die DFÜ-Geschwindigkeiten des terrestrischen Internets erinnern – schmerzhaft langsam. Das Hinzufügen von Laserkommunikation zu Raumfahrzeugen ist wie die Nutzung des Hochgeschwindigkeitsinternets durch die Menschheit mit Technologien wie Glasfasernetzen: eine Revolution.

Radiowellen gegen Lichtwellen. Kredit: NASA

Unsere Heim-Internetverbindungen ermöglichen heutzutage HD-Videos, Shows und Inhalten, unsere Bildschirme fast sofort zu erreichen. Dies liegt zum Teil an Glasfaserverbindungen, die Laserlicht dicht mit Daten durch Kunststoff- oder Glaskabel senden und so ein schnelleres Benutzererlebnis schaffen.

Das gleiche Konzept – mit Ausnahme von Glasfaserkabeln – wird auf die Weltraumlaserkommunikation angewendet, die es Raumfahrzeugen ermöglicht, hochauflösende Bilder und Videos über Laserverbindungen zu übertragen.

Mit Laserkommunikation kann ein Raumfahrzeug mehr Daten gleichzeitig in einem einzigen Download senden. Die NASA und die Luft- und Raumfahrtindustrie nutzen diese neuen Entwicklungen und schaffen mehr Missionen, die Laser verwenden, um Hochfrequenzsatelliten zu ergänzen.

3. Die Nutzlast enthält zwei optische Einheiten oder Teleskope, Zum Empfangen und Senden von Lasersignalen.

LCRD ist ein Satellitenrelais mit mehreren hochempfindlichen Komponenten, die eine verbesserte Kommunikation ermöglichen. Als Relais macht das LCRD die Notwendigkeit für Benutzermissionen überflüssig, eine direkte Sichtverbindung zu Antennen am Boden zu haben. Das LCRD enthält zwei optische Stationen – eine empfängt Daten vom Raumfahrzeug des Benutzers und die andere sendet Daten an Bodenstationen auf der Erde.

LCRD-Nutzlast im Reinraum des Goddard Space Flight Center. Bildnachweis: NASA/Dave Ryan

LCRD-Modems übersetzen digitale Daten in Lasersignale, die dann über codierte Lichtstrahlen, für das menschliche Auge unsichtbar, von optischen Relaismodulen übertragen werden. Das LCRD kann Daten senden und empfangen, wodurch ein kontinuierlicher Pfad für den Missionsdatenfluss zum und vom Weltraum geschaffen wird. Zusammen machen diese Fähigkeiten das erste bidirektionale optische End-to-End-Relais der LCRD der NASA.

Dies sind nur einige der Komponenten, aus denen die LCRD-Nutzlast besteht, die zusammengenommen eine große Matratzengröße darstellt.

4. LCRD basiert auf zwei Bodenstationen in Kalifornien und Hawaii.

Sobald das LCRD die Informationen empfängt und codiert, sendet die Nutzlast die Daten an Bodenstationen auf der Erde, die jeweils mit Teleskopen ausgestattet sind, um Licht zu empfangen, und Modems, um das codierte Licht wieder in digitale Daten zu übersetzen.

LCRDs Bodenstationen Bekannt als Optical Ground Stations (OGS)-1 und -2, befinden sie sich bei Tafelberg in Südkalifornien, und weiter Vulkan Haleakala auf Maui, Hawaii.

Während Laserkommunikation erhöhte Datenübertragungsraten liefern kann, können atmosphärische Turbulenzen – wie Wolken und Turbulenzen – Lasersignale auf ihrem Weg durch die Erdatmosphäre stören.

Die Standorte OGS-1 und OSG-2 wurden für klare Wetterbedingungen, abgelegene Standorte und Standorte in großer Höhe ausgewählt. Das meiste Wetter in diesen Regionen tritt unterhalb des Gipfels der Berge auf, sodass relativ klarer Himmel ideal für die Laserkommunikation ist.

5. LCRD ermöglicht es Regierungen, Hochschulen und kommerziellen Partnern, Laserfähigkeiten aus einer geosynchronen Umlaufbahn zu testen.

Das LCRD wird die Machbarkeit von Laserkommunikationssystemen aus einer geosynchronen Umlaufbahn demonstrieren – ungefähr 32.000 Meilen über der Erdoberfläche.

Bevor das LCRD andere Missionen unterstützt, wird es zwei Jahre lang Tests durchführen und Experimente. Während dieser Zeit fungieren OGS-1 und OGS-2 als „Aufgaben“, indem sie Daten von einer Station an das LCRD und dann an die andere senden.

LCRD überträgt Daten von der Raumstation zur Erde. Bildnachweis: NASA/Dave Ryan

Das LCRD wird die Laserfunktionalität mit Experimenten der NASA, anderer Regierungsbehörden, Hochschulen und kommerzieller Unternehmen testen. Einige dieser Experimente umfassen die Untersuchung atmosphärischer Turbulenzen an Lasersignalen und die Demonstration zuverlässiger Relaisdienstvorgänge.

Diese Tests werden es der Weltraumgemeinschaft ermöglichen, von LCRD zu lernen und die Technologie für die zukünftige Implementierung weiter zu verbessern. Die NASA bietet diese Möglichkeiten, um das Wissen rund um die Laserkommunikation zu erweitern und ihre betriebliche Nutzung zu verbessern.

Nach seiner experimentellen Phase wird das LCRD Missionen im Weltraum unterstützen, darunter die Photovoltaik-Station, die auf der Internationalen Raumstation installiert wird. Diese Station wird Daten von wissenschaftlichen Experimenten an Bord sammeln und dann die Informationen an das LCRD senden, um sie zurück zur Erde zu übertragen.

6. LCRD ist eine von vielen spannenden und bevorstehenden Lasermissionen.

LCRD ist das erste Laserkommunikationsrelaissystem der NASA. Allerdings gibt es Viele Missionen In der Entwicklung würde es zusätzliche Laserkommunikationsfähigkeiten demonstrieren und testen.

Laserkommunikationsmissionen der NASA. Bildnachweis: NASA/Dave Ryan

• Die Orion Artemis II Optisches Kommunikationssystem (O2O) Die (O2O)-Station wird eine hochauflösende Videoübertragung über Infrarotlicht zwischen der Erde und Artemis-II-Astronauten ermöglichen, die um den Mond reisen.
• Im Jahr 2026, a Geist Die Mission wird ihr Ziel erreichen – einen Asteroiden, der mehr als 250 Millionen Meilen von der Erde entfernt ist. wird psychische tragen Kommunikation im Weltraum (DSOC), um die Laserkommunikation gegen die besonderen Herausforderungen der Weltraumforschung zu testen.

Alle diese Missionen werden der Luft- und Raumfahrtgemeinschaft helfen, die Laserkommunikation für zukünftige Missionen zu standardisieren. Mit Lasern, die den Weg erhellen, kann die NASA mehr Informationen aus dem Weltraum sammeln als je zuvor.

LCRD ist eine NASA-Nutzlast an Bord des Satelliten Space Test Program 6 (STPSat-6) des US-Verteidigungsministeriums. STPSat-6, Teil der Mission Space Test Program 3 (STP-3), wird mit einer Atlas V 551-Rakete der United Launch Alliance von der Cape Canaveral Space Force Station in Florida aus starten. STP wird vom Space Systems Command der US Space Force betrieben.

Goddard leitet das LCRD und in Partnerschaft mit dem Jet Propulsion Laboratory der NASA in Südkalifornien und Mit Lincoln-Labor. LCRD wird durch das Technology Demonstration Missions Program der NASA, das Teil des Space Technology Mission Directorate ist, und das Communications and Astronautics (SCaN)-Programm des NASA-Hauptquartiers finanziert.