Большинство спутников используют определенные радиочастоты для связи и передачи данных. Это прекрасно работало в течение десятилетий, но новые космические миссии столкнулись с ограниченным объемом данных, которые они могут передать на Землю (объемы данных увеличились, а технологии устарели). Ученые из НАСА и MIT надеятся устранить это узкое место с помощью лазеров. Спутник НАСА Pathfinder Technology Demonstrator 3 (PTD-3) сегодня побил свой собственный рекорд, отправив данные на Землю со скоростью 200 Гбит/с, что в 1000 раз лучше по сравнению с существующими системами связи.

Спутник PTD-3 был запущен в 2022 году в рамках миссии SpaceX Falcon 9. В качестве демонстрации технологии НАСА использовало стандартную 12-килограммовую платформу CubeSat. В ее основе лежит система TeraByte InfraRed Delivery (TBIRD), в которой для передачи данных используются инфракрасные лазеры, а не радио. В ходе последнего испытания TBIRD была достаточно быстрой, чтобы отправить два терабайта данных на поверхность Земли в течение пятиминутного пролета над приемным устройством станции Optical Ground Station-1.

В июне прошлого года НАСА успешно провело передачу данных с PTD-3 со скоростью 100 гигабит в секунду, а теперь этот рекорд удвоили. В прошлогоднем испытании TBIRD использовал только один из двух 100 Гигабитных каналов, но в этот раз были задействованы оба. НАСА и MIT считают, что лазерные каналы можно масштабировать, чтобы обеспечить еще более высокую пропускную способность в будущих миссиях. 

«Новые технологии открывают ранее невиданные возможности, потому что, проще говоря, больше данных означает больше открытий», — говорит инженер НАСА Джейсон Митчелл из программы космических коммуникаций и навигации.

PTD-3 хоть и находится в космосе, но технология, благодаря которой работает TBIRD, земная и не самая новая. TBIRD была предложена в 2014 году как недорогая демонстрация использования оптических модемов, разработанных для оптоволоконной связи на Земле. Однако применение земных технологий в космосе сопряжено с некоторыми неожиданными трудностями. Например, усилитель модема охлаждается за счет атмосферной конвекции на Земле, а при использовании в вакууме перегревается и плавится. Команде пришлось связаться с поставщиком модема, чтобы разработать радиатор для отвода тепла за счет теплопроводности.

Станция Optical Ground Station-1 принимает лазерные данные от TBIRD на орбите. 

Команде также пришлось подумать об уровне точности, необходимом для лазерной связи. В то время как радиоантенну можно просто развернуть в направлении спутника, лазер должен быть точным, а атмосферные условия могут привести к потере данных, даже если цель идеальна. Исследователи решили эту проблему, создав собственную версию протокола автоматического повторного запроса. Эта проверка целостности данных использует восходящий канал с низкой пропускной способностью, чтобы сообщить спутнику, должен ли он повторно передавать какие-либо блоки данных, повышая эффективную скорость передачи данных.

НАСА рассматривает TBIRD для будущих проектов, таких как Event Horizon Explorer, который расширит телескоп Event Horizon Telescope (EHT) за счет новых орбитальных узлов. В рамках проекта EHT было собрано огромное количество данных для создания первого изображения черной дыры, и TBIRD может обеспечить, чтобы орбитальные аппараты могли внести свой вклад в будущие наблюдения. TBIRD также может ускорить передачу данных с Луны во время миссий Artemis. НАСА в настоящее время нацелено на скорость от 1 до 5 гигабит в секунду, что по-прежнему быстрее, чем у большинства проводных интернет-соединений.