Deep Space Optical Communication

P_E_T_E_R

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First Light und Test für Deep Space Optical Communications (DSOC) zwischen einem Infrarotlaser an Bord der unlängst gestarteten Psyche Mission und dem berühmten 5-Meter Teleskop am Palomar Observatorium in Kalifornien.

NASA's Deep Space Optical Comm demo sends, receives first data

Zum Zeitpunkt der Übertragung am 14. November befand sich die Raumsonde in einem Erdabstand von 16 Millionen km oder 40-fachem Mondabstand. Für optische Telekommunikation ist das gegenüber früheren Versuchen bereits ein Entfernungsrekord. Mit zunehmender Entfernung von Psyche sollen diese Tests demnächst fortgeführt werden.

An Bord der Raumsonde befindet sich ein Laser, der im nahen Infrarot bei einer Wellenlänge von 1,55 µm arbeitet und ein optisches Teleskop mit einer Öffnung von 9" als Strahlaufweiter betreibt. Auf diese Weise kann man die effektive Winkeldivergenz des Strahls reduzieren. Zum Empfang des schwachen Signals auf der Erde wird der große 5-m Spiegel am Palomar eingesetzt.

Die Motivation für solche optischen Übertragungen ist das Potential einer gegenüber Radiowellen erheblich höheren Bandbreite:

Even at its maximum data rate of 5.2 megabits per second (Mbps), the Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) requires 7.5 hours to transmit all of its onboard recorder, and 1.5 hours to send a single HiRISE image to be processed back on Earth. New high-resolution hyperspectral imagers put further demands on their communications system, requiring even higher data rates.

DSOC.jpg

DSOC / Wikipedia

NASA Video (Youtube)

Gruß, Peter
 
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Das 22cm on-board Teleskop kann bis auf 3 Grad zur Sonne hin ausgerichtet werden. Das nenn ich mal gute Streulichtunterdrückung :cool:
 
Am 1. Januar wurde der Test mit dem optischen Link von Psyche zur Erde wiederholt. Dabei befand sich die Raumsonde mit dem Infrarot-Laser mittlerweile in der doppelten Entfernung von 32 Millionen Kilometern.

Anstelle vom Palomar Spiegel mit einem Durchmesser von 5 m diente diesmal ein segmentierter Spiegel mit einer effektiven Öffnung von nur 1 m im Innern vom DSS 13 Dish auf dem Gelände des Goldstone Deep Space Communications Complex als Empfänger. Mit dieser hybriden Anlage können Signale von der Sonde dann simultan auf Radiofrequenzen und auf optischen Frequenzen im Infraroten empfangen werden:

NASA's new experimental antenna tracks deep space laser

The 34-meter (112-foot) radio-frequency-optical-hybrid antenna, called Deep Space Station 13, has tracked the downlink laser from NASA's Deep Space Optical Communications (DSOC) technology demonstration since November 2023. The hybrid antenna is located at the DSN's Goldstone Deep Space Communications Complex, near Barstow, California.

"Our hybrid antenna has been able to successfully and reliably lock onto and track the DSOC downlink since shortly after the tech demo launched," said Amy Smith, DSN deputy manager at JPL. "It also received Psyche's radio frequency signal, so we have demonstrated synchronous radio and optical frequency deep space communications for the first time."


Gruß, Peter
 
Hallo Peter! @P_E_T_E_R

Danke für Deinen interessanten Artikel.

Ich finde es immer schwer, solche Entfernungen wie z.b. 32 Millionen Kilometer ohne eine Relation bzw. Entfernung zwischen zwei Punkten sich vorzustellen. Darum folgendes, zumindest für mich erhellendes ;) und vielleicht auch für andere hier ...

1 AU: Das ist die festgelegte Entfernung von der Sonne zur Erde mit ca. 150 Millionen Kilometer
32 Millionen Kilometer: Sind dann also gerundet etwas mehr als 0,2 AU

Da könnte man ja denken: Hallo! 32 Millionen Kilometer - also gerade mal 20 % der Entfernung Erde <-> Sonne - ist ja nicht wirklich soooo weit weg ...

Wenn ich mir dann vergegenwärtige, dass das Licht von der Sonne zur Erde 8 Minuten unterwegs ist - also für den oben beschriebenen optischen Test der Strecke von Psyche zur Erde mit 32 Millionen Kilometer aufgerundet fast zwei Minuten unterwegs war .... o_O sind 32 Millionen Kilometer für mich jedenfalls wirklich schon mehr als spektakulär! :y:

Auf der anderen Seite, beim Vergleich der Entfernung Erde <-> Jupiter mit 5 AU und daraus einer Licht-Laufzeit mit ca. 40 Minuten und weiter gedacht Erde <-> Saturn mit 10 AU und der Licht-Laufzeit von dann eben 80 Minuten :beobachten: dann sind 32 Millionen Kilometer eben nur noch gerade mal läppische 2 % der Entfernung von der Erde zum Saturn ...

... übrigens die Entfernung Erde zum Uranus sind ja gut 20 AU - mal grob abgeschätzt - dann sind die 32 Millionen Kilometer nur noch 1 % ... oder noch weiter gesponnen die Entfernung Erde zum Neptun mit ca. 30 AU ..... :sick:

Dann hört nicht nur irgendwann mal unser Sonnensystem mit einem Radius von grob 80 AU "bald" auf, sondern schon lange meine Vorstellungs-Welt für Entfernungen ....

Wir Menschen haben es vor fast einem halben Jahrhundert mit Voyager 1 und Voyager 2 geschafft, zwei Sonden ins All zu schicken, mit denen wir immer noch Kontakt halten, na ja, zumindest im Moment zu Voyager 1 so mehr oder weniger sinnvoll erfolgreich. Voyager 2 ist inzwischen mehr als 125 AU und Voyager 1 sogar gut 160 AU von der Erde entfernt und das Licht bzw. Funksignal zu Voyager 1 benötigt mehr als einundzwanzig, sprich 21 Stunden, also fast einen ganzen Lichttag!

Jeder der mag, kann ja selbst sein Kopfkino weiterbetreiben, mit der Vorstellung, dass ein Lichtjahr abgerundet ca. 60.000 AU sind und mit dem Durchmesser unserer Galaxie der Milchstraße, mit ca. 100.000 Lichtjahren oder der Entfernung zur nächsten Galaxie Andromeda ....

.... mit 2.500.000 Lichtjahren also 2,5 Millionen Lichtjahren, die übrigens mit 200.000 Lichtjahren Durchmesser gut doppelt so groß ist wie unsere Heimatgalaxie, die Milchstraße.

Servus - MünchenBeiNacht - Ewald
 
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Entfernung zur nächsten Galaxie Andromeda .... mit 2.500.000 Lichtjahren also 2,5 Millionen Lichtjahren

Hallo Ewald,

tja, dass bei solchen Zahlen manchmal das Gefühl für den Maßstab verloren geht, das mussten sogar die professionellen Astronomen erfahren:

Es ist schließlich noch gar nicht so lange her ist, dass Edwin Hubble und die nachfolgenden Astronomen die Entfernung zur Andromeda Galaxie zunächst auf 0,9 Millionen Lichtjahre, also weniger als die Hälfte von 2,5 Millionen Lj taxierten! Und so stand es auch noch lange in den Lehrbüchern und enzyklopädischen Werken.

Immerhin waren auch 0,9 Millionen Lj schon eine schwer vorstellbare Entfernung. Dass diese Entfernung mit 2,5 Millionen Lj tatsächlich sogar noch erheblich größer ist, wurde erst 1952 zur großen Überraschung aller Astronomen von Walter Baade richtig gestellt. Und diese Vergrößerung betraf ja nicht nur den Abstand zur Andromeda Galaxie, sondern auch alle übrigen Galaxien, also den gesamten bekannten Kosmos.

Zurück zum Thema:

Die hier thematisierte Psyche-Sonde wird sich ja noch erheblich weiter von der Erde entfernen und in fünf Jahren in einen Orbit um den gleichnamigen Asteroiden einschwenken. 16 Psyche umrunded die Sonne in einem mittleren Abstand von etwa 3 AU. Wenn eine optische Kommunikation über derartige Entfernungen gelingt, wäre das schon ein erheblicher technischer Fortschritt!

Gruß, Peter
 
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