Il 13 ottobre 2023, è partita a bordo di un Falcon Heavy la missione Psyche della NASA. Il suo obbiettivo principale è lo studio dell’asteroide 16 Psyche nella Fascia Principale, ma a bordo trasporta anche un esperimento diverso. Si tratta di DSOC (Deep Space Optical Communications), il primo test di comunicazione ottica non radio, ma laser, per lo spazio profondo.

Il JPL ha confermato oggi che il 14 novembre 2023 l’esperimento DSOC ha trasmesso correttamente un segnale laser nel vicino infrarosso, codificato con dati di test. Lo ha fatto da quasi 16 milioni di chilometri di distanza, ovvero circa 40 volte più lontano della Luna dalla Terra, al telescopio Hale al Palomar del Caltech.

Si tratta della dimostrazione più lontana mai realizzata delle comunicazioni ottiche, e del successo per questo primo test di DSOC.

La prima luce di DSOC su Psyche

Nelle prime ore del 14 novembre, la demo tecnologica a bordo di Psyche ha visto la prima luce. Il ricetrasmettitore laser di volo nella sonda, in grado di inviare e ricevere segnali nel vicino infrarosso, si è agganciato a un faro laser uplink, trasmesso presso la struttura Table Mountain del JPL vicino a Wrightwood, in California.

Il faro di uplink ha aiutato il ricetrasmettitore a puntare il laser di downlink verso il telescopio Hale di Palomar, 130 chilometri a sud di Table Mountain, mentre i sistemi automatizzati sul ricetrasmettitore e sulle stazioni di terra ne perfezionavano il puntamento.

I dati dei test sono stati inviati simultaneamente tramite i laser di uplink e downlink. Anche se non si tratta di dati scientifici della missione Psyche, esattamente come previsto, è stato comunque un grande successo. Per un breve periodo, è stato possibile trasmettere, ricevere e decodificare alcuni dati, solo tramite laser.

Scambiando bit di luce

Questi dati assumono la forma di bit, le più piccole unità di dati che un computer può elaborare, codificati nei fotoni del laser, ovvero particelle di luce quantistiche. Dopo che un array di rilevatori superconduttori ad alta efficienza rileva i fotoni, vengono utilizzate nuove tecniche di elaborazione del segnale per estrarre i dati dai singoli fotoni che arrivano al telescopio Hale.

L’esperimento DSOC mira a dimostrare una velocità di trasmissione dati da 10 a 100 volte superiore rispetto ai sistemi di radiofrequenza all’avanguardia utilizzati oggi dai veicoli spaziali.

Sia le comunicazioni radio che quelle laser nel vicino infrarosso utilizzano onde elettromagnetiche per trasmettere i dati, ma la luce nel vicino infrarosso li racchiude in onde significativamente più strette, consentendo alle stazioni di terra di ricevere più dati. Ciò aiuterà le future missioni di esplorazione umana e robotica, e supporterà strumenti scientifici ad alta risoluzione.

I prossimi passi di DSOC (e di Psyche)

Dopo questo primo, grande successo, il team DSOC lavorerà ora al perfezionamento dei sistemi che controllano il puntamento del laser downlink a bordo del ricetrasmettitore. Una volta raggiunto il traguardo, il progetto potrà iniziare la dimostrazione del mantenimento della trasmissione di dati a larghezza di banda elevata, dal ricetrasmettitore a Palomar a varie distanze dalla Terra.

La dimostrazione tecnologica DSOC deve anche compensare il tempo impiegato dalla luce per viaggiare dalla sonda alla Terra su grandi distanze. Alla distanza massima di Psyche dal nostro pianeta, i fotoni del vicino infrarosso di DSOC impiegheranno circa 20 minuti per tornare indietro. In quel lasso di tempo, sia la sonda che il pianeta si saranno spostati. Quindi i laser di uplink e downlink dovranno adattarsi al cambiamento di posizione.

Prima di raggiungere questo risultato, il progetto doveva verificare diversi altri traguardi. Dalla rimozione della copertura protettiva per il ricetrasmettitore laser di volo, all’accensione dello strumento. Tutti passaggi che sono stati completati con successo.

Nel frattempo, la sonda Psyche sta effettuando i propri test. Inclusa l’accensione dei suoi sistemi di propulsione e i test sugli strumenti, che verranno utilizzati per studiare l’asteroide Psyche quando arriverà in orbita attorno a esso nel 2028.