利用激光技术传输NASA任务数据回地球
NASA发射卫星、探测器、轨道器探索人类在银河系中的位置。任务抵达目的地后,科学仪器捕捉图像、视频和宝贵宇宙洞见。空间和地面通信基础设施让这些数据到达地球。没有地面站接收,这些非凡数据将滞留太空,无法传达给地球科学家。

自太空探索伊始,NASA任务主要依赖射频通信传输信息。NASA空间激光通信中继演示(LCRD)将展示激光通信——一种从太空向地面传输数据的革命性方式。
LCRD地面站称光学地面站(OGS)-1和-2,分别位于加州桌山和夏威夷哈勒阿卡拉山。选址因天气晴好。激光通信虽提供更高数据率,但大气扰动(云、湍流)进入地球大气层时会干扰激光信号。
NASA戈达德航天飞行中心Ron Miller表示:“当地气象机制使山顶尘埃极少、大气湍流小,利于激光通信。海拔约10,000英尺,处于大部分大气和天气之上。山顶晴天而山腰多云很常见。”
NASA通信工程师选址因两地天气模式通常互补。加州OGS-1多云时,夏威夷OGS-2倾向晴朗,反之亦然。为监测云量决定用哪站,商业合作伙伴诺斯罗普·格鲁曼在哈勒阿卡拉提供大气监测站,近乎自主运行24/7。OGS-1在桌山有类似监测能力。
尽管两地通常天气晴好,NASA工程师仍需努力减少大气湍流对OGS-1/2接收数据的影响。为此,两站均利用自适应光学。
NASA喷气推进实验室OGS-1开发运营经理Tom Roberts说:“自适应光学系统用传感器测量来自航天器电磁信号的畸变。若能测量畸变,便可通过变形镜改变形状抵消大气诱导像差,获得纯净信号。”
OGS-2专为LCRD开发,OGS-1基于喷推实验室光学通信望远镜实验室,曾用于早期激光通信演示。为让OGS-1支撑LCRD,工程师升级了地面站,如更换镜面以获更好反射率和更高激光功率。
任务支援前,LCRD将用约两年进行测试实验。期间OGS-1/2作为模拟用户,数据从一站发往LCRD再传下一站。这些测试让航空航天界从LCRD学习,进一步完善技术供未来激光通信系统实施。实验阶段后,LCRD将支持空间任务。如国际空间站终端将数据发往LCRD,再波射至OGS-1或OGS-2。
LCRD是国防部空间测试计划卫星-6(STP-Sat-6)的寄载有效载荷。虽为激光通信有效载荷,飞船仍保留射频连接地面。位于新墨西哥州拉斯克鲁塞斯附近白沙综合体的有效载荷-地面链路终端(PGLT)将通过无线电波向飞船通信跟踪、遥测、指令数据。NASA在白沙LCRD任务运营中心管理LCRD地面要素——OGS-1、OGS-2、PGLT。
NASA戈达德LCRD地面段经理Miriam Wennersten说:“任务运营中心是LCRD系统中央大脑。协调有效载荷和三地面站配置,调度各类光学服务和链路。”
没有地面基础设施,非凡科学探索数据无法传达地球研究者。LCRD地面段对任务成功至关重要,为工程师提供测试完善激光通信机会。反过来,LCRD将开启激光通信新时代,任务将获得前所未有的空间卫星探测洞见。
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