光通讯的信号也相对微弱，mt4网站下载，这让咱们或许一窥一颗具有与地球相仿的重心构造的星球。也许人类永世无法踏上这颗星球，但这颗卫星的发射，以及卫星领导的让太空通讯范围的科学家兴奋不已。自太空时期初步以还，太空通讯范围的科学家们平昔依托无线电波举办通信。然而无线电波只是电磁波谱中的一小个人。科学家们期望可举办通信的波谱能扩展到光谱的另一个人。以是，他们的对象是使

　　Psyche 探测器的厉重劳动是查究一颗长 144 英里、形势像土豆的小行星，这颗小行星的公转轨道长度大约是地日隔断的三倍。天文学界的主流睹地以为，这颗小行星（准确地说是这颗名为 Psyche 16 的小行星）能够是一颗岩质行星的金属重心，其岩石外面正在火星和木星之间的“小行星带”中被撞击剥离。

　　借使真是如许，那么通过探测这颗小行星中铁、镍和岩石的因素，咱们得以比照斟酌地球的地核的组成与构造。

　　这颗探测器将会花费六年的工夫抵达目标地，并说明这是小行星的外面是否由金属组成。借使假设造造，那么咱们能够碰到的是一颗比上世纪 40~50 年代科幻作家笔下所描绘的还要奇妙的星球。来自星球的金属喷流正在与其他小行星的互相碰撞中造成了非凡奇特的形势。

　　2022 岁终，正在佛罗里达的肯尼迪航天中央，安装职员正正在搜检 NASA 的 Psyche 深空探测卫星。这颗航天器将会于 2023 年 10 月 13 日择机发射。Psyche 将会搭载一颗激光通信组件包（如图所示的金色底面银色圆柱形修筑）来测试正在地月限度以外光学通信传输信号的才干。

　　但正在另一方面，测试激光通信手艺的太空通信专家将会更速地得出另一个同步举办的实践的结果。深空光学通讯（DSOC）实践将会是第一例正在地月外深空探测中采用激光通信，或光通信的实践。这项手艺或对 NASA 的重返月球盘算，以及下一步登岸火星起到要紧效用。这项手艺同样意味着 NASA 正在查究新的太空通信手艺范围中迈出了要紧一步。

　　借使这项实践或许预期告终，那么激光通信手艺将会补上 NASA 正在主流的地外通信体系-深空汇集 (DSN) 中所面对的带宽局部的短板。 DSN 的三个无线电天线站点（每个站点各有一座 70 米直径的碟形天线，分辨位于西班牙、澳大利亚和美邦加利福尼亚州戈壁，互相相隔 120 度）面对着与歇斯顿岑岭时段信号淤塞相仿的处境。目前，从詹姆斯・韦伯太空千里镜到小型贸易卫星等数十项空间的劳动都正在夺取 DSN 的通信工夫。

　　“各类劳动的通信信号之间能够生活互相作梗，”美邦宇航局空间通讯与导航办公室（SCaN）深空汇集项目司理迈克・莱弗斯（Mike Levesque）流露，“目前有 20% 的通信申请无法取得餍足。跟着工夫的推移，题目只会变得更糟。到 2030 年，这一比例将到达 40%。”

　　将来 NASA 还将有 40 个航天发射劳动，每个劳动都需求占用 DSN 必然的工夫。更要紧的是，此中极少发射劳动为载人航天劳动，这些劳动将会搭载高清视频修筑以及监控航天员人命体征的及时检测修筑。NASA 不念由于一颗贸易性的小型卫星 CubeSat 而迟滞这些为 NASA 重返月球而做的计划使命。像是 CubeSat 这类的小型卫星或许传输各品种型的科学数据，并供应互联网连合，然而人类仍然将许众这类卫星发射到了近地轨道上了。

　　“看待科学劳动来说，项目标迟滞也许可能被担当，但看待 NASA 的载人劳动，咱们需求竭尽全力，”SCaN 项目主管杰森・米切尔（Jason Mitchell）流露，“跟着重返月球和登岸火星盘算的持续鼓动，盘算中 NASA 宇航员所需求的东西也会随之推广。咱们每天能够会发送数 TB 的数据。”

　　正在激光通信修筑近期的实机测试中，斟酌职员试渔利用激光领导比无线电波更众的音讯。正在电磁波谱中，近红外个人的光学波长非凡小，亲密纳米量级，频率也非凡高，以是可能正在一概空间标准下承载更众音讯，并将数据传输速度抬高 10 到 100 倍，这是无线电波无法达成的。

　　“这即是为什么光通信手艺适合起色成为将来深空探测的要紧通信手艺”米切尔说，“光通信手艺所能到达的通信带宽非凡大”。

　　NASA 将初次正在深空中测试激光通讯手艺。可睹光的频率比无线电频率更高，以是每秒可能领导 10 到 100 倍于无线电信号的音讯。(底部图外的左侧比力了无线电波领导的数据量（白色方框），右侧比力了近红外激光领导的数据量。) 激光信号（赤色）的通信限度比无线电信号（浅蓝色）窄得众，这可能加强空间通讯的安然性，但信号的传输对细小的对齐偏差非凡敏锐。图片源自: NASA / GODDARD SPACE FLIGHT CENTER

　　比拟于或许达成同样带宽的无线电体系，激光体系体积更为小巧，同时需求的功率更少。通信体系的能耗是深空探测中需求思量的另一个要紧要素，由于航天器从地球起程，正在没有补给的处境下，需求保护或许遨逛数亿英里所需的通信工夫。

　　正在过去的十年里，从近地轨道到月球，NASA 正在持续测试验证这项新手艺。Psyche 上搭载的激光通信修筑将或许正在深空初次测试这项手艺，这是一个要紧的里程碑，由于光通讯确实生活坏处。因为激光的单向性很强，光束很窄，以是必需非凡切实地指向地球上的接管器。跟着激光修筑与地球之间隔断的推广，保留激光的指向身分不形成为斟酌的难点。

　　修造该仪器的美邦宇航局喷气鼓动实践室的 DSOC 项目手艺专家阿比吉特・比斯瓦斯（Abhijit Biswas）将这一难度比作从一英里外击中一个搬动的硬币，尽管是一点摇动也会作梗信号的接管。为了使收发器正在 Psyche 上保留安静，喷气鼓动实践室装置了特地的撑持和驱动安装，以删除光通信修筑受到的来自 81 英尺长的航天器振动的影响。

　　其他潜正在的题目搜罗：大气上的云层会劝止光束；跟着隔断的推广和光束的扩散，信号会明显削弱。这些题目局部了光通信修筑正在隔断火星以外的地域运用，起码正在眼前手艺条款下是如许。这即是为什么搭载正在 Psyche 上的修筑所举办的测试只会正在劳动的前两年举办，也即是正在航天器飞往小行星自身之前告终测试。

　　Psyche 航天器的艺术衬着图。Psyche 深空探测卫星于 2023 年 10 月踏上了赶赴同名小行星的长途路程，并将于 2029 年达到。该卫星配备有或许阐发小行星组成和衡量其磁场的仪器。与大大批太空岩石差异，Psyche 小行星被以为由镍和铁构成，近似于地球的地核。图片出处: NASA / JPL-CALTECH / ASU; IMAGE CREATED BY PETER RUBIN

　　基于这些来因，以及目前尚未达成光学接管器之间的互联组网，以是没有人预测激光通讯扫数代替无线电波的工夫点，但这项手艺可能为深空通信推广新的渠道。“将来的探测项目将或许达成众样化。”比斯瓦斯说。

　　正在这项的测试中，南加利福尼亚的 Table Mountain 上的一个五千瓦的发射机将向航天器上的 8.6 英寸千里镜上的激光收发器发送一个低码率通讯包 —— 没有什么十分的，主倘使随机形式，比斯瓦斯说。该仪器将运用单光子计数相机，锁定光束并下载音讯，然后以高码率将其传回位于圣地亚哥左近的帕洛马山上的 200 英寸的 Hale 千里镜，以便将其与原始数据举办比力，以确保切实性。

　　即使正在地球-火星之间的隔断标准上，光通信的信号也相对轻微。从 Psyche 探测器达到 Hale 千里镜的通讯包只包罗几个光子，以是 NASA 依赖于一个高活络度的、低温冷却的光子计数探测器（由超导纳米线造成）附着正在千里镜上解码信号。

　　看待具有激光光谱学学位后台的比斯瓦斯来说，测试光学通讯是十年发愤的结果。“这令人非凡兴奋，”他说。“有太众前沿题目恭候咱们去查究。”

　　固然激光通讯（可能类比与高速公途）能够无法避免 DSN 将来将面临的信号拥堵的处境，但它可能正在太空中辅帮 DSN 转达极少要紧的及时音讯。

　　本文来自微信群众号：中科院物理所 （ID：cas-iop），作家：John Johnson

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