外媒最新消息显示，美国宇航局（NASA）今年秋季将正式启动其深空光通信（DSOC）项目。该项目将测试激光如何加快数据传输速度，激光将远远超过目前太空中使用的射频系统的能力。

【资料图】

在相关的技术演示中，DSOC将有望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：当美国宇航局将宇航员送上火星时。

届时，DSOC近红外激光收发器（一种可以发送和接收数据的设备）将会搭载在美国宇航局的“普赛克”（Psyche）飞船任务上，该任务将于10月发射到一颗富含金属的同名小行星上。

在头两年的操作演示中，收发器将与南加州的两个地面站进行通信，测试高灵敏度探测器、激光发射器和解码收发器从深空发送信号的新方法。

美国宇航局（NASA）专注于激光或光学通信，因为它有超过无线电波带宽的潜力。半个多世纪以来，美国宇航局一直依赖无线电波。无线电和近红外激光通信都使用电磁波来传输数据，但近红外光能够将数据“打包”成更紧密的波，使地面站能够一次接收更多数据。

美国宇航局喷气推进实验室的DSOC项目技术专家Abi Biswas表示：“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10－100倍的数据返回能力。目前，人类在近地轨道和月球轨道卫星的高带宽激光通信已经得到证实，但深空的激光通信却提出了新的挑战。”

前往深空的任务比以往任何时候都要多，它们有望以复杂的科学测量、高清图像和视频的形式，产生比过去任务多得多的数据。因此，像DSOC这样的实验，将在帮助NASA推进未来航天器和地面系统常规使用的技术方面发挥至关重要的作用。

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发展革命性改进通信技术计划的下一阶段，该技术有能力增加来自太空的数据传输，这对该机构未来的雄心至关重要。我们很高兴有机会在‘普赛克’的飞行中测试这项技术。”

突破性的技术

“普赛克”上搭载的收发器采用了几项新技术，包括一个从未飞行过的光子计数相机，该相机连接在航天器侧面突出的8．6英寸（22厘米）口径望远镜上。收发器将自动扫描并“锁定”到由位于加州的光通信望远镜实验室传输的高功率近红外激光上行链路上。激光上行链路还将演示向收发器发送命令。

NASA空间通信和导航（SCaN）项目主管Jason Mitchell表示：“强大的上行激光器是本次技术演示的关键部分，可以为航天器提供更高的传输速率；对地面系统的升级，将为未来的深空任务提供光通信。”

一旦“锁定”上行激光，收发器将定位200英寸（5．1米）Hale望远镜，该望远镜位于加州理工学院的帕洛马天文台。然后，收发器将使用其近红外激光器将高速数据传输到帕洛马天文台。航天器的振动可能会使激光偏离目标，而将收发器连接到“普赛克”上的最先进的支柱将会抑制这种振动。

为了接收来自DSOC收发器的高速率下行激光，Hale望远镜安装了一种新型超导纳米线单光子探测器组件。该组件是低温冷却的，因此可以检测到单个入射激光光子并记录其到达时间。

脉冲传输过程中，激光必须行进超过2亿英里（3亿公里）才能探测到微弱的信号，并对其进行处理以提取信息。

“DSOC的每一个组成部分都展示了新技术，从高功率上行激光器到收发器望远镜上的指向系统，再到精密灵敏的探测器，可以在单光子到达时进行计数，”美国喷气推进实验室（JPL）研究人员、DSOC项目经理Bill Klipstein表示：“研究小组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提取信息。”

距离遥远，对技术演示又提出了另一个挑战：“普赛克”在太空中穿行得越远，光子到达目的地所需的时间就越长，从而产生长达数十分钟的延迟。当激光光子行进时，地球和航天器的位置将不断变化，因此需要补偿这种滞后。在处理地球和‘普赛克’的相对运动的同时，瞄准激光并锁定数百万英里的距离，这对我们的项目而言是一个令人兴奋的挑战。”