एक्स-रे और लेजर में लंबी दूरी की अंतरिक्ष दूरसंचार (डीएसएन) की नासा का अगला युग

अंतरिक्ष ऑप्टिकल लेजर संचार का परीक्षण अगले साल शुरू होगा, एक्स-रे नेविगेशन और संचार प्रणाली विकास में हैं।


गोल्डस्टोन में 70 मीटर हवाई। स्रोत: NASA / JPL

सभी उपकरणों के साथ रेडियो का उपयोग करने और संचार करने की आधी सदी के बाद, पहले चंद्र रेंजरों से लेकर वोयजर जांच तक, अब सौर प्रणाली की सीमा को पार करना और इंटरस्टेलर स्पेस में जाना, नासा ऑप्टिकल और एक्स-रे के आधार पर लंबी दूरी के अंतरिक्ष संचार नेटवर्क (डीएसएन) में 2 बिलियन डॉलर का निवेश कर रहा है। स्पेक्ट्रम।

अगले साल, नासा ने चांद पर चंद्र अभियान (लूनर एटमॉस्फियर एंड डस्ट एन्वायरमेंट एक्सप्लोरर - लूनर वायुमंडल और इसकी कक्षा के धूल के वातावरण का अध्ययन करने के लिए एक कार्यक्रम) के लिए ऑप्टिकल लेजर संचार का परीक्षण करने के लिए एक प्रदर्शन उड़ान शुरू करने की योजना बनाई है। और जल्द ही ऑप्टिकल मिशन भूस्थैतिक पृथ्वी की कक्षा (GEO) में एक लेजर पुनरावर्तक की क्षमताओं का परीक्षण करने का पालन करेंगे।

नासा की जेट प्रोपल्शन लेबोरेटरी के इंटरप्लेनेटरी नेटवर्क्स ऑफिस के मुख्य तकनीकी अधिकारी लेस्ली डिक्शन ने कहा, "डीएसएन लगभग दोषपूर्ण तरीके से काम करता है, जो हम पूछते हैं।" "ऐसे कोई मामले नहीं थे जब अंतरिक्ष मिशन DSN के माध्यम से एक कॉल के दौरान खो गए थे, लेकिन कई मामलों में मिशन को बचाने के लिए DSN का उपयोग किया गया था।"

तीन भूमि परिसरों का उपयोग करना: गोल्डस्टोन, कैलिफोर्निया में; कैनबरा, ऑस्ट्रेलिया; और मैड्रिड, स्पेन - डीएसएन ने लगभग 35 अंतरिक्ष यान को 98 प्रतिशत से अधिक सफलता के साथ ट्रैक किया।

लेकिन समय-समय पर नासा अन्य रेडियो दूरबीनों का उपयोग करता है। डिक्शनरी बताती है कि मार्स साइंस लैब की हालिया लैंडिंग के दौरान, पार्कर्स ऑस्ट्रेलिया डीएसएन रेडियो वेधशाला का उपयोग बैकअप क्षमताओं के रूप में किया गया था ताकि मंगल पर प्रवेश, वंश और लैंडिंग के दौरान एमएसएल संकेतों को ट्रैक किया जा सके।

"हमारे पास इस तथ्य में अड़चनें हैं कि मंगल पर उपकरण अधिक डेटा लौटा सकते हैं यदि हमारे पास अधिक शक्तिशाली संचार चैनल हैं," Deutsch ने कहा।

डिक्शन कहते हैं, जहां बहुत अधिक शोध है, ग्रह की सतह को नेविगेट करने में मदद करने के लिए जीपीएस जैसी क्षमताओं का निर्माण करना भी सार्थक है। Deutsch नोट करता है कि मंगल की जीपीएस क्षमता अभी भी खोजी जा रही है और संभवतः आने वाले दशकों में इसका एहसास हो सकता है।

इस बीच, नासा लेजर संचार का अनुभव करेगा। एलएलसीडी (चंद्र लेजर संचार प्रदर्शन - चंद्रमा के साथ लेजर संचार का प्रदर्शन) अगले साल जनवरी में LADEE के साथ लॉन्च किया जाएगा और 622 मेगाबाइट [प्रति सेकंड] चंद्रमा से लेजर ट्रांसमिशन लाइन की गति का प्रदर्शन करेगा।
फिर, 2017 के अंत में, लेजर रिले रिले डेमोंस्ट्रेशन प्रोजेक्ट (LCRD - लेजर कम्युनिकेशंस रिले डेमोंस्ट्रेशन प्रोजेक्ट) को वाणिज्यिक उपग्रह स्पेस सिस्टम्स / लोरल के साथ मिलकर लॉन्च किया जाएगा। जियोस्टेशनरी ऑर्बिट से, एलसीआरडी लगातार दो वर्षों तक ऑप्टिकल संचार के माध्यम से उच्च गति डेटा ट्रांसमिशन का अनुभव करेगा।

LCRD 0.5W लेजर का उपयोग करेगा; जो डीवीडी को जलाने पर लगभग वर्तमान शक्ति से मेल खाती है। लेकिन इस संकेतक को केवल 5 वाट तक बढ़ाने से एलसीआरडी तकनीक को 1 गीगाबाइट प्रति सेकंड की आउटगोइंग गति और स्थलीय कक्षा में 100 मेगाबाइट प्रति सेकंड की आवक गति प्रदान करने की अनुमति मिलेगी। अब रेडियो फ्रीक्वेंसी पर DSN की तुलना में यह 10 से 100 गुना तेज है।

"हमें 2022 तक भूस्थैतिक कक्षा में एक ऑप्टिकल पुनरावर्तक की आवश्यकता है," गॉडडार्ड स्पेस फ्लाइट सेंटर में नासा के अंतरिक्ष संचार इंजीनियर डेविड इज़राइल कहते हैं।

हालाँकि इज़राइल का दावा है कि नासा एक "नेत्र-सुरक्षित" तरंग दैर्ध्य का उपयोग करेगा और यह सुनिश्चित करेगा कि उनके लेजर कभी हवाई जहाज या उपग्रह के रास्ते को पार न करें, वह ध्यान देते हैं कि पारंपरिक बादल ऑप्टिकल संचार के लिए सबसे बड़ी तकनीकी चुनौती पेश करते हैं।

इस प्रकार, जब जमीन-आधारित ऑप्टिकल रिसीवर के लिए जगह की तलाश करते हैं, तो न केवल उन क्षेत्रों में क्यों जाएं जहां आकाश लगभग लगातार स्पष्ट है?

"कुछ अलग-अलग पर्वत चोटियों पर शानदार स्वागत खगोल विज्ञान के लिए एकदम सही है," इज़राइल ने कहा। "लेकिन अगर आपके पास वहाँ कक्षा से उच्च डेटा अंतरण दर है, तो पहाड़ से यह प्राप्त करने के लिए एक [प्रभावी] तरीका नहीं हो सकता है।"

इस प्रकार, ग्राउंड-आधारित ऑप्टिकल कम्युनिकेशन टेलीस्कोप के लिए समस्याओं में से एक इष्टतम "दृश्यता" और मौजूदा संचार अवसंरचना लाइनों के उपयोग के बीच एक संतुलन बनाना है, जो आने वाले डेटा को दूरस्थ शोधकर्ताओं के लिए जल्दी से रीडायरेक्ट करने की आवश्यकता है।

नासा एक अंतरिक्ष-आधारित नेविगेशन प्रणाली बनाने के लिए प्राकृतिक खगोल भौतिकी एक्स-रे स्रोतों की उपयुक्तता की खोज कर रहा है जो जीपीएस के समान सौर-प्रणाली के पैमाने पर कार्य करता है। जहाज के पाठ्यक्रम और उसकी स्थिति को सटीक रूप से निर्धारित करने के लिए, मिलीसेकंड की आवृत्ति के साथ एक्स-किरणों को उत्सर्जित करने, न्यूट्रॉन सितारों को घुमाने, पल्सर का उपयोग करने का विचार है।


मल्लाह 1 स्रोत: नासा / जेपीएल

"XNAV प्रणाली," नासा के गोडार्ड स्पेस फ्लाइट सेंटर के एक खगोल भौतिकीविद् कीथ गेन्ड्रेयू ने कहा, "समय के साथ कई पल्सर का निरीक्षण करने के लिए ट्रैकिंग एक्स-रे डिटेक्टर की आवश्यकता होगी।"

"पल्सर नियमित रूप से दालों का उत्पादन करते हैं जो महीनों और वर्षों तक परमाणु घड़ियों के साथ सटीकता से प्रतिस्पर्धा कर सकते हैं," Gendreau ने कहा। - जीपीएस उपग्रहों का एक समूह है, जिनमें से प्रत्येक में एक परमाणु घड़ी होती है जो सटीक समय संचारित करती है। जीपीएस रिसीवर कई उपग्रहों से समय के संकेत प्राप्त करते हैं, और इन आंकड़ों के अनुसार वे अपने निर्देशांक की गणना करते हैं। XNAV के लिए, हमारी घड़ियों को एक गेलेक्टिक पैमाने पर वितरित किए जाने वाले पल्सर होंगे, जो हमें पूरे सौर मंडल और उसके बाहर भी जीपीएस नेविगेशन प्रदान करने की अनुमति देगा। ”

आज, बाहरी ग्रहों में नेविगेट करने के लिए, वे सटीक स्थिति की गणना करने के लिए एक लंबी दूरी की अंतरिक्ष संचार प्रणाली और अंतरिक्ष यान स्टार सेंसर का उपयोग करते हैं। लेकिन Deutsch का कहना है कि XNAV स्वायत्त अंतरिक्ष यान नेविगेशन को और भी सटीक बना सकता है।

"XNAV आकाश में अलग-अलग दिशाओं में स्थित पल्सर से 3-आयामी स्थितीय डेटा बनाएगा," Gendreau कहते हैं। वह यह भी नोट करता है कि तीन पल्सर के अलावा जो अंतरिक्ष यान अपनी स्थिति निर्धारित करने के लिए उपयोग करेगा, चौथा पल्सर स्वतंत्र रूप से माप माप प्रदान करेगा।

न्यूट्रॉन सितारों की आंतरिक संरचना के शोधकर्ता - (एनआईसीईआर - न्यूट्रॉन स्टार इंटीरियर कंपोजिशन एक्सप्लोरर) नासा द्वारा पल्सर टाइमिंग के लिए प्रस्तावित एक प्रयोग है, जो 2016 के अंत तक एक्सएनएवी प्रदर्शित कर सकता है।

"जब तक खनिक क्षुद्रग्रह बेल्ट में अंतरिक्ष में जाते हैं, तब तक हम विश्वास के साथ कह सकते हैं कि वे XNAV का उपयोग करेंगे," इज़राइल ने कहा।




इस बीच, गोडार्ड में नासा के शोधकर्ता एक्स-रे संचार (एक्सकॉम) पर भी काम कर रहे हैं, जो पराबैंगनी स्रोत का उपयोग करके संचार के लिए फोटोकैथोड के फोटोवोल्टिक मॉड्यूलेशन का उपयोग करता है। लेजर संचार पर एक्स-रे का लाभ यह है कि एक्स-रे विकिरण की तरंग दैर्ध्य कम है, और यह रेडियो और ऑप्टिकल आवृत्तियों के लिए दुर्गम क्षेत्रों में घुस सकता है, उदाहरण के लिए, जब वातावरण में प्रवेश किया जाता है।

गेंड्रेयू का कहना है कि लेज़रों पर एक्स-रे का एक मुख्य लाभ यह है कि छोटी तरंग दैर्ध्य बहुत पतले बीमों को संचारित करने की अनुमति देती है, और इसलिए लंबी दूरी पर संचार करते समय बहुत कम ऊर्जा खोती है।

"बहुत उच्च एक्स-रे ऊर्जा भी वातावरण में प्रवेश करने वाले कैप्सूल के आसपास के प्लाज्मा लिफाफे में घुस सकती है और इस तरह के हाइपर्सोनिक तंत्र के लिए कम गति का कनेक्शन प्रदान कर सकती है," जेन्ड्रेयू ने कहा। "अगर एनआईसीईआर बंद हो जाता है, तो 2018 तक हम इसे अंतरिक्ष में पहले एक्सकॉम प्रदर्शन के लिए रिसीवर के रूप में उपयोग कर सकते हैं।"

गहरे अंतरिक्ष संचार नेटवर्क का भविष्य क्या है?

Deutsch का कहना है कि डेटा दरें आज की तुलना में अधिक परिमाण के आदेश हैं; ऐसे दूरस्थ क्षेत्रों में लोगों के लिए निरंतर DSN कवरेज जो चंद्रमा के सबसे दूर के हिस्से के साथ-साथ इंटरनेट जैसी सशक्तिकरण के लिए है जहां नासा अंतरिक्ष यात्रियों या कारों को भेजता है।

रेडियो के बारे में क्या?

"मुझे लगता है कि अंतरिक्ष रेडियो संचार पूरी तरह से बचा नहीं जा सकता," Deutsch ने कहा। "वह बहुत ही सरल और आसान है।"