레이저로 NASA 데이터를 지상으로 가져오기

NASA는 은하수에서 인류의 위치를 ​​조사하기 위해 위성, 로버 및 궤도선을 발사합니다. 이러한 임무가 목적지에 도달하면 과학 장비가 이미지, 비디오 및 우주에 대한 귀중한 통찰력을 캡처합니다. 우주 및 지상의 통신 인프라를 통해 이러한 임무에서 수집한 데이터가 지구에 도달할 수 있습니다. 그러나 이를 수신할 지상국이 없으면 이러한 임무에서 캡처한 놀라운 데이터는 우주에 갇히게 되어 지구에 있는 과학자와 연구원에게 도달할 수 없습니다.

우주 탐사가 시작된 이래 NASA 임무는 주로 이러한 정보 전송을 위해 무선 주파수 통신에 의존해 왔습니다. NASA의 우주 기반 레이저 통신 릴레이 데모(LCRD)는 우주에서 지상으로 데이터를 통신하는 혁신적인 방법인 레이저 통신을 선보일 예정입니다.

OGS(Optical Ground Station) -1 및 -2로 알려진 LCRD의 지상국은 캘리포니아의 테이블 마운틴과 하와이의 할레아칼라에 있습니다. 이러한 외딴 고지대 위치는 맑은 날씨 조건으로 인해 선택되었습니다. 레이저 통신은 데이터 전송 속도를 높일 수 있지만 구름과 난기류와 같은 대기 교란은 레이저 신호가 지구 대기에 진입할 때 방해가 될 수 있습니다.

NASA 고다드 우주 비행 센터의 론 밀러(Ron Miller)는 "지역 기상학이 작동하는 방식으로 산 정상에는 먼지가 적고 난기류가 적기 때문에 레이저 통신에 좋습니다."라고 말했습니다. "약 10,000피트 높이이므로 정상 아래에서 발생하는 많은 대기와 날씨보다 위에 있습니다. 정상에는 화창한 날이 있고 산 중턱에는 구름이 많이 끼는 경우가 많습니다.”

NASA 통신 엔지니어는 날씨 패턴이 일반적으로 서로를 보완하기 때문에 이 사이트를 선택했습니다. 캘리포니아의 OGS-1이 흐리면 하와이의 OGS-2는 맑은 경향이 있으며 그 반대의 경우도 마찬가지입니다. 구름 범위를 모니터링하고 사용할 관측소를 결정하기 위해 상업 파트너인 Northrop Grumman은 Haleakalā의 기상 조건을 관찰하는 대기 모니터링 스테이션을 제공했습니다. 이 모니터링 스테이션은 하루 24시간, 일주일 내내 거의 자율적으로 실행됩니다. OGS-1은 Table Mountain에서 유사한 기상 모니터링 기능을 가지고 있습니다.

이러한 위치의 일반적으로 맑은 날씨에도 불구하고 NASA 엔지니어는 OGS-1 및 OGS-2에서 수신한 데이터에 대한 대기 난류의 영향을 줄이기 위해 여전히 노력해야 합니다. 이를 위해 두 스테이션 모두 적응형 광학 장치의 힘을 활용합니다.

"적응 광학 시스템은 센서를 사용하여 우주선에서 오는 전자기 신호의 왜곡을 측정합니다."라고 남부 캘리포니아에 있는 NASA 제트 추진 연구소의 OGS-1 개발 및 운영 관리자인 Tom Roberts가 말했습니다. "만약 우리가 그 왜곡을 측정할 수 있다면, 우리는 대기가 유발하는 수차를 제거하기 위해 모양을 바꾸는 변형 가능한 거울을 통해 그것을 보낼 수 있습니다. 이를 통해 우리는 훌륭하고 깨끗한 신호를 얻을 수 있습니다.”

OGS-2는 LCRD 임무를 위해 특별히 개발되었지만 OGS-1은 이전 레이저 통신 시연에 사용되었던 JPL의 광통신 망원경 연구소에 기반을 두고 있습니다. LCRD 지원을 위해 OGS-1을 준비하기 위해 엔지니어는 지상국을 업그레이드해야 했습니다. 그러한 업그레이드 중 하나는 더 나은 반사율과 더 높은 레이저를 갖도록 미러를 교체하는 것과 관련이 있습니다.

임무 지원에 앞서 LCRD는 약 2년 동안 테스트와 실험을 수행할 예정이다. 이 시간 동안 OGS-1 및 OGS-2는 시뮬레이션된 사용자 역할을 하여 한 스테이션에서 LCRD로 데이터를 보낸 다음 다음 스테이션으로 보냅니다. 이러한 테스트를 통해 항공 우주 커뮤니티는 LCRD에서 배우고 레이저 통신 시스템의 향후 구현을 위한 기술을 더욱 개선할 수 있습니다. 실험 단계가 끝나면 LCRD는 우주 임무를 지원할 것입니다. 국제 우주 정거장의 터미널과 같은 임무는 데이터를 LCRD로 보낸 다음 OGS-1 또는 OGS-2로 전송합니다.

LCRD는 국방부의 우주 시험 프로그램 Satellite-6(STP-Sat-6)에서 호스팅되는 페이로드입니다. LCRD는 레이저 통신 탑재체이지만 우주선은 여전히 ​​지상에 무선 주파수 연결을 유지합니다. 뉴멕시코주 라스 크루세스(Las Cruces) 인근 화이트 샌드 컴플렉스(White Sands Complex)에 위치한 지상 링크 터미널(PGLT)에 대한 페이로드는 전파를 통해 우주선에 추적, 원격 측정 및 명령 데이터를 전달합니다. NASA는 White Sands에 있는 LCRD의 임무 운영 센터에서 LCRD의 지상 요소(OGS-1, OGS-2 및 PGLT)를 관리합니다.

NASA Goddard의 LCRD 지상 부문 관리자인 Miriam Wennersten은 "임무 운영 센터는 LCRD 시스템의 중심 두뇌입니다. "이는 페이로드 구성과 3개의 지상국 모두를 동시에 조정하여 다양한 광 서비스 및 링크를 예약합니다."

지상 기반 시설이 없으면 특별한 과학 및 탐사 데이터가 지구상의 연구원에게 제공되지 않습니다. LCRD의 지상 부문은 엔지니어에게 레이저 통신을 테스트하고 개선할 수 있는 기회를 제공하여 임무의 성공에 매우 중요합니다. 결과적으로 LCRD는 위성과 우주 탐사선에서 수집한 통찰력에 전례 없이 접근할 수 있는 레이저 통신의 새로운 시대를 열 것입니다.