NASA’nın ilk çift yönlü lazer iletişim röle sistemi, 28 Haziran’da yapılan deneylerin birinci yılını tamamladı – uzaydan veri göndermek ve almak için geleceğin olabilecek oyun değiştirici teknolojisi için bir kilometre taşı.
“Laser Communications Relay Demonstration (LCRD)” görünmez lazerler olarak da bilinen kızılötesi ışığı kullanarak, geleneksel olarak uzay araçlarında kullanılan radyo dalgası sistemleri yerine sinyalleri iletmek ve almak için kullanır. Kızılötesi ışığın sık dalga boyları, uzay görevlerinin tek bir iletim içine 10 ila 100 kat daha fazla veri – daha fazla keşif anlamına gelir – sığdırmasına izin verir.
Şu anda deney aşamasının yarısında olan LCRD, geleneksel radyo dalgası sistemlerine karşı lazer iletişiminin önemli avantajlarını göstermiştir.
Dünya’nın 22.000 mil yükseğindeki jeosenkron yörüngede bulunan LCRD, NASA, diğer hükümet ajansları, akademik kuruluşlar ve ticari şirketlerin lazer iletişim yeteneklerini test etmesi için bir deney platformu olarak hizmet vermektedir. Deney aşamasının ardından, bu görevin operasyonel bir röle haline gelme olasılığı bulunmaktadır. Bu, gelecekte lazer iletişim kullanan görevlerin Dünya’ya net bir görüş hattına ihtiyaç duymayacağı ve sadece verilerini LCRD’ye göndereceği ve LCRD’nin bu verileri Dünya’ya ileteceği anlamına gelir.
LCRD, ve lazer iletişimi genel olarak, uzaya daha verimli veri iletimi ihtiyacından doğmuştur. LCRD, NASA’nın Uzay İletişim ve Navigasyon (SCaN) programı ile NASA’nın Uzay Teknolojisi Misyon Dairesi arasındaki bir işbirliğiyle bu teknolojiyi test etmek ve geliştirmek amacıyla fırlatıldı.
“Lazer iletişiminin LCRD’nin önderlik ettiği bilimsel deneylerde elde edilen verileri yayımladık, ancak havacılık endüstrisinin bu teknoloji denemesinden NASA ile birlikte öğrenmesine yardımcı olabileceği daha fazla öğrenilen dersler yayımlamayı planlıyoruz” diyen Dave Israel, LCRD’nin baş araştırmacısı, Greenbelt, Maryland’deki NASA Goddard Uzay Uçuş Merkezi’nde. “Erken sonuçlar olağanüstüydü ve büyük miktarda verinin kısa bir sürede aşağı inmesini görmek gerçekten olağanüstü.”
Bu deneylerden bazıları, lazer sinyalleri üzerinde atmosferik etkinin incelenmesini içerir. Lazer iletişimi normalde artan veri hızları sağlayabilirken, nem, bulutlar, yoğun rüzgarlar ve diğer atmosferik bozulmalar, Dünya atmosferine girdiklerinde lazer sinyallerini bozabilir.
“Atmosferin deney operasyonlarını nasıl etkilediği konusunda bizi şaşırtan şeylerden biri, hava durumunun deney işletmelerini nasıl etkilediğiydi. Tipik olarak, genellikle açık hava koşullarına sahip, yüksek rakımlı bölgelerde yer istasyonları kurarız – LCRD’nin yer istasyonları Hawaii ve California’dadır” diyen Rick Butler, LCRD deneyleri yöneticisi, Goddard. “Bu yıl Güney California’da görülen tarihi yağış ve kar yağışı, hava koşullarının sinyal erişilebilirliği üzerindeki etkilerini gerçekten anlama fırsatı verdi. Bu ayrıca daha fazla yer istasyonunun daha fazla sinyal erişilebilirliği için daha fazla seçenek anlamına geldiğimizi anlamamızı da güçlendirdi.”
Ayrıca, hava durumu deneyi mühendislerin NASA’nın yer istasyonlarına entegre edilen adaptif optik sistemlerini geliştirmesine olanak sağladı. Bu sistemler, yer istasyonlarına entegre edilir ve uzay aracından gelen sinyaldeki bozulmayı ölçmek ve düzeltmek için bir sensör kullanır.
Başka bir deney, Aerospace Corporation ile birlikte yapıldı, bu deney LCRD ile veri gönderip alabilen bir terminal inşa ettiler. Bu deney, LCRD’nin harici kullanıcılarla çalışma yeteneğini onayladı.
Mühendisler ayrıca lazer bağlantıları üzerinden gecikmeli / kesintili ağ yeteneklerini (DTN) test etmek için LCRD’yi bir fırsat olarak kullandılar. DTN, kritik bilgilerin hedefine ulaşmasını sağlamak için bir ağ boyunca veriyi depolayarak ve iletmek suretiyle görevlere eşsiz bir bağlantı yeteneği sağlar.
Lazer iletişim sistemleri ayrıca daha hassas navigasyon yeteneklerini de mümkün kılar. Devam eden bir navigasyon deneyi, mühendislerin lazer bağlantısı üzerinden standart radyo dalgalarından daha hassas konum verileri alabileceklerini gösterdi. Bu, lazer iletişim sisteminin aynı zamanda geliştirilmiş zamanlama ve konum verileri için bir platform olarak da hizmet edebileceği anlamına gelir – bu da GPS’nin kritik bir parçasıdır.
“LCRD gibi teknoloji gösterileri, NASA ve ortaklarının yeni yetenekleri uygulamasına ve bunları operasyonel bir senaryoda test etmesine olanak tanır” diyen Trudy Kortes, Washington’daki NASA merkezindeki Space Technology Mission Directorate’da teknoloji gösterilerinin direktörü. “Bu, mühendislerin bir teknolojinin potansiyelini gerçekten anlamalarına ve gelecekteki uygulamaların nasıl görünebileceğini görmelerine yardımcı olur. Uygun bir ortamda test operasyonlarını yapmanın neden bu kadar önemli olduğu da budur.”
LCRD gibi sistemler, lazer iletişimin yeteneklerini kanıtladıkça, gelecekteki bilim ve insan keşif görevleri, teknolojiyi benimseyenler Dünya’ya daha fazla veri iletebilecek hale gelebilir. Bilim görevlerinin enstrümantasyonu ilerledikçe ve daha fazla veri topladıkça, taşıdıkları iletişim sistemleri de bu veriyi araştırmacılara iletmek için evrim geçirmelidir. LCRD gibi yükler, lazer iletişim sistemlerinin uzay görevlerine nasıl katkı sağlayabileceğini gösteriyor.
LCRD, lazer iletişim teknolojisini göstermek için yapılan bir dizi görevden biridir. Ajans, bu teknolojiyi entegre etme çabalarını, uluslararası Uzay İstasyonu’na gidecek gelecekteki terminallerle sürdürüyor, Ay’ı çevreleyecek Artemis II Orion uzay aracı ve Dünya’dan daha önceki en uzak hedefi olan Psyche uzay aracında gerçekleşecek “Deep Space Optical Communications” deneyi de dahil.
Başarılı bir deney yılını tamamlayan LCRD ekibi, şimdi NASA’nın “Integrated LCRD Low-Earth Orbit User Modem and Amplifier Terminal” veya ILLUMA-T adlı cihazını hazırlamak için 2023’ün sonlarında fırlatmaya hazırlanıyor. Uzay istasyonunda bulunduğunda, ILLUMA-T deney verilerini LCRD’ye gönderecek ve ardından bu verileri Dünya’ya iletecektir. Bu, düşük Dünya yörüngesi ile jeosenkron yörüngesi arasında lazer iletişimini test etmek için bir fırsat sağlayacaktır ve LCRD’nin röle yeteneklerinin faydasını sergileyecektir.
LCRD, Savunma Bakanlığı’nın Space Test Program Satellite-6 (STPSat-6) adlı bir yüküdür. STPSat-6, Space Test Program 3 (STP-3) görevinin bir parçası olarak Florida’daki Cape Canaveral Space Force Üssü’nden United Launch Alliance Atlas V 551 roketi ile fırlatıldı. NASA, STPSat-6’yı Savunma Bakanlığı adına işletmektedir.
LCRD, Goddard’ın liderliğinde ve Kaliforniya’daki NASA Jet İtki Laboratuvarı ile MIT Lincoln Laboratuvarı ile işbirliği içindedir. LCRD, Space Technology Mission Directorate’ın bir parçası olan Teknoloji Gösteri Görevleri programı ve NASA Genel Merkezi’ndeki Space Communications and Navigation (SCaN) programı tarafından finanse edilmektedir.