La NASA ha comunicato ieri di essere riuscita per la prima volta a ricevere segnali sia laser che radio provenienti dallo spazio profondo, in contemporanea. Il risultato è stato reso possibile dall’antenna ibrida da 34 metri del Deep Space Network, appositamente configurata per l’esperimento.

Capace di ricevere sia segnali in radiofrequenza che ottici, l’antenna ha tracciato e decodificato correttamente il laser di downlink proveniente dal ricetrasmettitore DSOC (Deep Space Optical Communications), a bordo della missione Psyche della NASA, mentre questa viaggiava nello spazio profondo.

DSOC è l’ultima di una serie di dimostrazioni di comunicazione ottica finanziate dal programma Technology Demonstration Missions (TDM) della NASA e dal programma Space Communications and Navigation (SCaN) dell’agenzia. Il risultato ottenuto dalla NASA dimostra che è possibile adattare le antenne paraboliche giganti del Deep Space Network (DSN), che attualmente comunicano con i veicoli spaziali tramite onde radio, per comunicazioni ottiche/laser.

L’antenna sperimentale Deep Space Station 13

L’antenna ibrida utilizzata dalla NASA per l’esperimento, ancora in fase sperimentale, si trova presso il Goldstone Deep Space Communications Complex del DSN, vicino a Barstow, in California. Il suo nome è Deep Space Station 13 (DSS-13) ed è stata modificata appositamente per ricevere segnali sia nelle radiofrequenze che nell’ottico.

Alla fine del 2023, l’antenna ha effettuato il downlink dei dati a bordo di Psyche da una distanza di 32 milioni di chilometri, a una velocità di 15.63 megabit al secondo, circa 40 volte più veloce delle comunicazioni in radiofrequenza a quella distanza. L’1 gennaio 2024, l’antenna ha invece effettuato il downlink di una fotografia della squadra che era stata caricata su DSOC prima del lancio di Psyche.

In questo modo, la DSS-13 ha dimostrato che è le comunicazioni sincrone in radiofrequenza e ottiche dallo spazio profondo sono possibili.

Radio e ottico: due in uno!

Per rilevare i fotoni del laser, ovvero particelle quantistiche di luce, sono stati fissati all’interno della superficie curva dell’antenna ibrida sette specchi segmentati, ultraprecisi. Assomigliano agli specchi esagonali del telescopio spaziale James Webb, e imitano l’area di raccolta della luce di un telescopio con apertura di 1 metro.

Quando i fotoni laser arrivano all’antenna, ciascuno specchio li riflette e reindirizza con precisione in una telecamera ad alta esposizione, collegata al subriflettore dell’antenna sospeso sopra il centro della parabola.

Il segnale laser raccolto dalla fotocamera, a questo punto, viene trasmesso attraverso la fibra ottica, che alimenta un rilevatore di fotoni singoli a semiconduttori raffreddati criogenicamente. Progettato e costruito dal Microdevices Laboratory del JPL, il rilevatore è identico a quello utilizzato presso l’Osservatorio Palomar di Caltech, che funge da stazione terrestre per il downlink di dati DSOC.

Il telescopio riflettore a sette segmenti sull’antenna è una prova sperimentale, in attesa della versione più potente con 64 segmenti che potrebbe essere utilizzata in futuro, e che equivarrà a un telescopio con apertura di 8 metri.

Verso comunicazioni sempre più veloci

La dimostrazione tecnologica DSOC, e con essa questi esperimenti sulla Terra, stanno aprendo la strada alle comunicazioni del futuro dallo spazio profondo. A velocità di trasmissione e ricezione di dati più elevate, in grado di trasmettere informazioni scientifiche complesse, video e immagini ad alta definizione. A sostegno del prossimo passo da gigante dell’umanità: una missione con equipaggio umano verso Marte.

DSOC ha recentemente trasmesso in streaming il primo video ad altissima definizione dallo spazio profondo. I responsabili del progetto sperano che la Deep Space Station 13 sia abbastanza sensibile da rilevare il segnale laser inviato da Marte nel suo punto più lontano dalla Terra, pari a 2 volte e mezzo la distanza Terra-Sole). Psyche si troverà a quella distanza a giugno 2024, nel corso del suo viaggio verso la fascia principale degli asteroidi.

Nel frattempo, questi risultati dimostrano che l’aggiornamento delle antenne a radiofrequenza con terminali ottici e la costruzione di antenne ibride potrebbero essere una soluzione all’attuale mancanza di un’infrastruttura ottica terrestre dedicata. Il DSN attualmente dispone di 14 parabole distribuite nelle strutture in California, Madrid e Canberra, in Australia. Le antenne ibride potrebbero fare affidamento sulle comunicazioni ottiche per ricevere elevati volumi di dati, e utilizzare le frequenze radio per dati che richiedono meno larghezza di banda, come la telemetria.