NASA의 레이저 통신 릴레이 시연: 레이저를 사용하여 우주 데이터를 지상으로 전송

작성자: Matthew D. Peters, NASA 고다드 우주 비행 센터 2021년 12월 5일

LCRD는 국제 우주 정거장과 지상 사이에 데이터를 중계합니다. 출처: NASA의 고다드 우주 비행 센터 개념 이미지 연구소

NASAEstablished in 1958, the National Aeronautics and Space Administration (NASA) is an independent agency of the United States Federal Government that succeeded the National Advisory Committee for Aeronautics (NACA). It is responsible for the civilian space program, as well as aeronautics and aerospace research. Its vision is "To discover and expand knowledge for the benefit of humanity." Its core values are "safety, integrity, teamwork, excellence, and inclusion." NASA conducts research, develops technology and launches missions to explore and study Earth, the solar system, and the universe beyond. It also works to advance the state of knowledge in a wide range of scientific fields, including Earth and space science, planetary science, astrophysics, and heliophysics, and it collaborates with private companies and international partners to achieve its goals." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]">NASA launches satellites, rovers, and orbiters to investigate humanity's place in the Milky WayThe Milky Way is the galaxy that contains our Solar System and is part of the Local Group of galaxies. It is a barred spiral galaxy that contains an estimated 100-400 billion stars and has a diameter between 150,000 and 200,000 light-years. The name "Milky Way" comes from the appearance of the galaxy from Earth as a faint band of light that stretches across the night sky, resembling spilled milk." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]"> 은하수. 이러한 임무가 목적지에 도달하면 과학 장비는 우주에 대한 이미지, 비디오 및 귀중한 통찰력을 포착합니다. 우주 및 지상의 통신 인프라를 통해 이러한 임무를 통해 수집된 데이터가 지구에 도달할 수 있습니다. 이를 수신할 지상국이 없으면 이러한 임무를 통해 수집된 특별한 데이터는 우주에 갇혀 지구상의 과학자와 연구원에게 도달할 수 없습니다.

우주 탐사가 시작된 이래로 NASA 임무는 정보 전송을 위해 주로 무선 주파수 통신에 의존해 왔습니다. 그러나 올 가을, NASA의 레이저 통신 중계 시연(LCRD)이 우주에서 지상으로 데이터를 전달하는 혁신적인 방법인 레이저 통신을 출시하고 선보일 예정입니다.

광학 지상국(OGS) -1 및 -2로 알려진 LCRD의 지상국은 캘리포니아주 테이블마운틴과 하와이주 할레아칼라에 위치해 있습니다. 이러한 외딴 고지대 위치는 맑은 날씨 조건을 위해 선택되었습니다. 레이저 통신은 증가된 데이터 전송 속도를 제공할 수 있지만, 구름이나 난기류와 같은 대기 교란은 레이저 신호가 지구 대기에 진입할 때 방해를 줄 수 있습니다.

LCRD의 지상국인 광학 지상국 -1 및 -2는 임무 성공을 가능하게 합니다. 출처: NASA의 고다드 우주 비행 센터

메릴랜드 주 그린벨트에 있는 NASA 고다드 우주 비행 센터의 Ron Miller는 "지역 기상학이 작동하는 방식에 따르면 산 정상에는 먼지가 최소화되고 대기 난류가 적기 때문에 레이저 통신에 매우 좋습니다."라고 말했습니다. 하와이의 OGS-2. "고도가 약 10,000피트에 달하므로 정상 아래에서 발생하는 대기와 날씨의 영향을 많이 받습니다. 정상에서는 화창한 날이 있고 산 중간 지점에서는 구름이 끼는 경우가 매우 흔합니다."

NASA 통신 엔지니어들은 날씨 패턴이 일반적으로 서로 보완적이기 때문에 이러한 장소를 선택했습니다. 캘리포니아의 OGS-1이 흐리면 하와이의 OGS-2는 맑아지는 경향이 있으며 그 반대도 마찬가지입니다. 구름 범위를 모니터링하고 어떤 스테이션을 사용할지 결정하기 위해 상업 파트너인 Northrop Grumman은 Haleakalā의 기상 조건을 관찰하는 대기 모니터링 스테이션을 제공했습니다. 이 모니터링 스테이션은 연중무휴, 하루 24시간 거의 자율적으로 운영됩니다. OGS-1은 Table Mountain과 유사한 기상 모니터링 기능을 갖추고 있습니다.

While OGS-2 was developed specifically for the LCRD mission, OGS-1 is based at JPLThe Jet Propulsion Laboratory (JPL) is a federally funded research and development center that was established in 1936. It is owned by NASA and managed by the California Institute of Technology (Caltech). The laboratory's primary function is the construction and operation of planetary robotic spacecraft, though it also conducts Earth-orbit and astronomy missions. It is also responsible for operating NASA's Deep Space Network. JPL implements programs in planetary exploration, Earth science, space-based astronomy and technology development, while applying its capabilities to technical and scientific problems of national significance." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]"JPL's Optical Communications Telescope Laboratory, which prior to LCRD was used for previous laser communications demonstrations. To get OGS-1 ready for LCRD support, engineers had to upgrade the ground station, modifying the system to bring it up to a higher standard. One such upgrade involved replacing the mirrors to have better reflectivity and higher laser thresholds so that the telescope can receive and send laser signals to and from LCRD./p>

After the experimental phase, LCRD will support in-space missions. Missions, like a terminal on the International Space StationThe International Space Station (ISS) is a large spacecraft in orbit around the Earth that serves as a research laboratory and spaceport for international collaboration in space exploration. It was launched in 1998 and has been continuously occupied by rotating crews of astronauts and cosmonauts from around the world since 2000. The ISS is a joint project of five space agencies: NASA (USA), Roscosmos (Russia), JAXA (Japan), ESA (Europe), and CSA (Canada). It orbits the Earth at an altitude of approximately 400 kilometers (250 miles), and provides a unique platform for scientific research, technological development, and human space exploration." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]"International Space Station, will send data to LCRD, which will then beam it to OGS-1 or OGS-2./p>

LCRD is led by Goddard and in partnership with JPL and the MITMIT is an acronym for the Massachusetts Institute of Technology. It is a prestigious private research university in Cambridge, Massachusetts that was founded in 1861. It is organized into five Schools: architecture and planning; engineering; humanities, arts, and social sciences; management; and science. MIT's impact includes many scientific breakthroughs and technological advances. Their stated goal is to make a better world through education, research, and innovation." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]"MIT Lincoln Laboratory. LCRD is funded through NASA's Technology Demonstration Missions program, part of the Space Technology Mission Directorate, and the Space Communications and Navigation (SCaN) program at NASA Headquarters in Washington, D.C. Goddard manages OGS-2, while JPL manages OGS-1./p>