Für die Erforschung des interplanetaren Raums ist es unerlässlich, Technologien zu entwickeln, die in der Lage sind, Nachrichten über größere Entfernungen zu übertragen – in diesem Fall etwa das 40-fache der Entfernung zwischen Erde und Mond.
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Die NASA und die Psyche-Sonde stehen an der Spitze dieses Durchbruchs. Im November 2023 demonstrierte es den Einsatz von Lasern, um fast 16 Millionen Kilometer zurückzulegen, mit dem Ziel, die Leistungsfähigkeit der optischen Kommunikation zu testen.
Die neue Kommunikationstechnologie
Die Mission begann mit der NASA-Raumsonde Psyche, deren Ziel es war, die Machbarkeit des Deep Space Optical Communications Experiment (DSOC) zu demonstrieren. Bei diesem Experiment wurde ein mit Testdaten des Satelliten codierter Infrarotlaser an das Hale-Teleskop am Palomar-Observatorium des Caltech in San Diego, Kalifornien, gesendet.
Das DSOC ist eines der Schlüsselinstrumente an Bord der Psyche-Sonde, die im Oktober 2023 an Bord einer SpaceX Falcon Heavy-Rakete gestartet wurde. Sein Ziel ist ein gleichnamiger metallischer Asteroid, der zwischen Mars und Jupiter kreist, mit dem Ziel, seine Zusammensetzung zu untersuchen und diese Kommunikationstechnologie über den Mond hinaus zu demonstrieren.
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Nach Angaben der NASA erreichte diese Technologiedemonstration in den frühen Morgenstunden des 14. November 2023 das „erste Licht“. Zu diesem Zeitpunkt war der Fluglaser-Transceiver der Sonde, der Signale im nahen Infrarot senden und empfangen kann, mit einem leistungsstarken Lasersender verbunden, der diese aussendete von JPLs Table Mountain-Anlage in der Nähe von Wrightwood, Kalifornien.
Dieses Leuchtfeuer ermöglichte es dem Transceiver, seinen nach unten gerichteten Laser auf das Hale-Teleskop von Palomar zu richten, das sich 130 Kilometer südlich des Tafelbergs befindet, während die beiden automatisierten Systeme ihre Ausrichtung anpassten.
Die NASA betonte, dass dies der erste Test der optischen Kommunikation im Weltraum sei, im Gegensatz zu Experimenten, die in einer niedrigen Erdumlaufbahn und bis zum Mond durchgeführt wurden.
Die Herausforderungen und Chancen der Technologie
Diese Leistung ist vergleichbar mit der Verwendung eines Laserpointers, um einen sich bewegenden Cent in einer Entfernung von einer Meile zu verfolgen, da die Ausrichtung eines Laserstrahls in eine Entfernung von Millionen von Meilen außerordentliche Präzision erfordert.
-Eine der Hauptschwierigkeiten bei dieser Demonstration war die Notwendigkeit, die Zeit zu kompensieren, die das Licht benötigt, um große Entfernungen zwischen der Raumsonde und der Erde zurückzulegen.
Nahinfrarot-Laserphotonen brauchten beispielsweise etwa 50 Sekunden, um von Psyche zur Erde zu gelangen. Während dieser Zeit änderten sowohl das Raumschiff als auch der Planet ihre Position, was beide Systeme zu einer ständigen Anpassung zwang.
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Eines der Ziele des Experiments war es, Datenübertragungsgeschwindigkeiten zu demonstrieren, die 10 bis 100 Mal schneller sind als die, die mit den modernsten Hochfrequenzsystemen erreicht werden.
Während sowohl die Nahinfrarot-Radio- als auch die Laserkommunikation elektromagnetische Wellen zur Datenübertragung nutzen, komprimiert der Nahinfrarot-Laser die Informationen in viel kleinere Wellen, sodass mehr Daten gesendet werden können.
Darüber hinaus stellt diese Technologie einen ersten Schritt in Richtung der Entwicklung von Hochgeschwindigkeitskommunikationssystemen dar, die in der Lage sind, wissenschaftliche Informationen, hochauflösende Bilder und sogar Videos zu übertragen, was für zukünftige bemannte Missionen zum Mars unerlässlich ist.
Ein Asteroid in der Zukunft
Ziel der Psyche-Mission ist auch die Erforschung des gleichnamigen metallischen Asteroiden, der Hinweise auf die Entstehung von Gesteinsplaneten liefern könnte. Aufgrund seines hohen Eisen- und Nickelgehalts gilt dieser Asteroid als Teilkern eines Planetesimals, einem primitiven Bestandteil eines Planeten.
Die Sonde soll den Asteroiden voraussichtlich im Jahr 2028 erreichen und im August 2029 in die Umlaufbahn um ihn eintreten. Die wissenschaftliche Mission wird 26 Monate dauern.
Artikel verfasst in Zusammenarbeit mit unseren Kollegen von Xataka.