Подготовка к миссии Artemis II: лазерная связь, которая изменит будущее исследований

Ключ к более эффективной коммуникации в космосе

Впервые за более чем 50 лет человечество готовится вернуться на Луну. Миссия NASA Artemis II, запуск которой запланирован не ранее сентября 2025 года, станет исторической вехой в освоении космоса. Четыре астронавта отправятся в 10-дневное путешествие, прокладывая путь для миссии Artemis III, целью которой будет высадка астронавтов на поверхность Луны и обеспечение будущего длительного присутствия человека на нашем естественном спутнике.

Artemis II также станет первой пилотируемой миссией на Луну, которая продемонстрирует технологии лазерной связи (lasercom). Эти технологии, разрабатываемые исследователями из MIT Lincoln Laboratory более двух десятилетий, готовы произвести революцию в способах коммуникации космических аппаратов. По мере того, как космические аппараты продвигаются дальше в космос, а передовые научные приборы собирают данные сверхвысокой чёткости, потребность в более эффективных способах передачи данных на Землю становится всё более острой.

В Космическом центре Кеннеди сотрудники лаборатории Линкольна Джастин Данбек (слева) и Стивен Константин распаковывают и изучают полезную нагрузку Оптической системы связи для лунной миссии NASA Artemis II. Источник: Glenn Benson / NASA?????

Системы лазерной связи кодируют данные в инфракрасный лазерный свет вместо радиоволн, что позволяет отправлять больше информации за раз и быть более компактными, работая при этом с меньшим энергопотреблением. Для Artemis II система оптической связи Orion Artemis II (O2O) будет отправлять на Землю видео и изображения лунной поверхности высокого разрешения, а также осуществлять голосовые вызовы, передавать файлы данных, планы полёта и другие сообщения. O2O будет передавать информацию со скоростью до 260 Мбит/с на наземные оптические станции NASA.

Сердцем O2O является разработанный в Lincoln Laboratory модульный, гибкий, масштабируемый оптический терминал MAScOT. MAScOT оснащён 4-дюймовым телескопом, установленным на двухосевой поворотной опоре , и фиксированной задней оптикой. Подвес точно направляет телескоп и отслеживает лазерный луч, через который излучаются и принимаются сигналы связи.

MAScOT дебютировал в космосе в рамках лабораторного проекта LCRD (Integrated Laser Communications Relay Demonstration) LEO ILLUMA-T (User Modem and Amplifier Terminal), который был запущен на МКС в ноябре 2023 года. После нескольких недель предварительных испытаний ILLUMA-T передала свой первый луч на спутник NASA LCRD на геосинхронной (GEO) орбите.

Эта первая демонстрация двухсторонней, сквозной лазерной релейной системы связи, в которой ILLUMA-T был первым пользователем LCRD на низкой околоземной орбите, является важной вехой для NASA и других космических организаций. Она служит предшественником оптических релейных систем на Луне и Марсе.

говорит Брайан Робинсон, руководитель группы оптических и квантовых коммуникаций лаборатории

В течение следующих шести месяцев команда лаборатории проводила эксперименты по тестированию и характеристике основных функций системы, производительности и полезности для экипажей и пользовательских приложений. Были достигнуты даже более высокие скорости передачи данных, чем предполагалось: 1,2 гигабита в секунду вниз и 155 Мбит/с вверх.

Наш успех с ILLUMA-T закладывает основу для потоковой передачи HD-видео на Луну и с Луны. Можно представить, как астронавты «Артемиды» используют видеоконференции для связи с врачами, координации деятельности миссии и прямой трансляции своих лунных путешествий.

говорит Джейд Ванг, помощник руководителя группы оптических и квантовых коммуникаций

Миссия Artemis II O2O будет использовать ту же общую конструкцию MAScOT, которая была проверена на ILLUMA-T. Лаборатория Линкольна доставила полезную нагрузку в Космический центр Кеннеди NASA для установки и тестирования на космическом корабле Orion ещё в июле 2023 года.

Мы не только передаём технологии, но и работаем с нашим партнёром по передаче, чтобы обеспечить успех. Чтобы подготовиться к O2O, мы используем уроки, полученные в ходе операций ILLUMA-T. Недавно мы провели репетиции для улучшения координации между различными задействованными командами.

объясняет ведущий системный инженер Фарзана Хатри, старший сотрудник Группы оптических и квантовых коммуникаций

В августе 2024 года лаборатория завершила важный этап для оптического терминала O2O: испытание готовности к миссии. Испытание включало три этапа, в ходе которых были проверены функции команд терминала и телеметрии, различные пользовательские приложения и имитированы действия по вводу в эксплуатацию полезной нагрузки.

Для O2O мы хотим показать, что эта оптическая связь работает и полезна для астронавтов и миссии. Благодаря оптической связи, работающей на самой высокой скорости, мы сможем передавать данные на Землю в течение нескольких часов для немедленного анализа. Более того, астронавты смогут оставаться на связи с Землёй во время своего путешествия, вдохновляя общественность и следующее поколение исследователей дальнего космоса, подобно астронавтам «Аполлона-11», которые впервые высадились на Луне 55 лет назад.

говорит Хатри