올해는 우주에서 레이저 통신이 이루어진 한 해였습니다. 10월과 11월에 NASA는 고대역폭 광통신 링크를 테스트하기 위해 두 차례의 파일럿 시연을 시작했으며 이러한 기술 시연은 현재 몇 가지 예비 결과를 보여주고 있습니다.
12월 11일, 소행성으로 가는 도중 NASA의 프시케 우주선에 탑재된 레이저 통신 스테이션이 캘리포니아 남부의 수신기에 연결되었습니다. 근적외선 레이저 빔에는 상점에서 구입한 레이저 장난감의 빛을 쫓는 고양이가 소파 주위를 뛰어다니는 모습을 보여주는 15초 고화질 비디오 클립 형식으로 인코딩된 메시지가 포함되어 있습니다.
레이저 통신은 기존 무선 링크를 사용하여 얻을 수 있는 것보다 더 빠른 속도로 데이터를 전송할 수 있다는 이점을 제공합니다. 실제로 프시케 우주선의 심우주 광통신(DSOC) 실험에서는 이전 임무에서 가능한 것보다 10~100배 빠른 속도로 데이터를 전송할 수 있는 기술을 테스트하고 있습니다.
NASA의 통신 및 우주 프로그램 부국장인 Jeff Volosin은 Psyche 출시 전에 “우리는 지구로 다시 보낼 수 있는 데이터의 양을 늘리려고 노력하고 있으며 이는 우리에게 많은 이점을 제공합니다”라고 말했습니다. 올해 초.
이제 DSOC는 HD 비디오를 통해 우주에서 가장 먼 거리를 방송하는 기록을 세웠습니다. 당시 프시케는 지구에서 달까지의 거리의 약 80배인 31km를 여행하고 있었습니다. NASA는 빛의 속도로 움직이는 영상 신호가 지구에 도달하는 데 101초가 걸렸으며 시스템의 최대 비트 전송률인 초당 267메가비트로 전송됐다고 밝혔다.
재미있는 경험
NASA에 따르면 샌디에고 카운티 팔로마 천문대 수신기에 도착한 후 각 비디오 프레임은 캘리포니아주 패서디나에 있는 NASA 제트추진연구소로 “실시간”으로 전송되어 그곳에서 실시간으로 재생되었다고 합니다.
“한 가지 목표는 수백만 마일에 걸쳐 대규모 비디오를 전송할 수 있는 능력을 입증하는 것입니다. Psyche에서는 비디오 데이터를 생성하는 것이 없기 때문에 우리는 일반적으로 생성된 테스트 데이터 패킷을 보냅니다.”라고 JPL의 기술 시연 프로젝트 관리자인 Bill Klippstein은 말했습니다. “그러나 이 이정표를 더욱 기억에 남게 만들기 위해 우리는 JPL의 디자이너들과 협력하여 프시케 임무의 일환으로 시연의 본질을 포착하는 재미있는 비디오를 만들기로 결정했습니다.”
JPL 직원의 주황색 고양이인 테이터스(Taters)의 영상은 프시케가 발사되기 전에 녹화되어 이번 시연을 위해 우주선에 저장되었습니다. 로봇 탐사선은 화성과 목성 궤도 사이의 소행성대에 위치한 금속이 풍부한 소행성 프시케(Psyche)로 비행하는 것을 주요 목표로 10월 13일 SpaceX Falcon Heavy 로켓을 통해 발사되었습니다.
프시케 탐사선이 목적지에 도달하는 데 6년이 걸릴 것이며, NASA는 여행 중에 우주선이 계속 점유되도록 돕기 위해 레이저 통신 실험을 수행했습니다. 10월 출시 이후 JPL 지상 팀은 DSOC(심부 우주 광학 통신) 실험을 운영하고 몇 가지 초기 테스트를 통해 실행했습니다.
DSOC 실험과 관련된 가장 중요한 기술적 과제 중 하나는 Psyche에 탑재된 8.6인치(22cm) 광학 망원경을 캘리포니아의 지상 망원경에 장착된 송신기 및 수신기와 정렬하거나 그 반대로 정렬하는 것이었습니다. JPL의 DSOC 프로젝트 기술자인 Abi Biswas에 따르면 프시케는 깊은 우주를 통해 가속하고 있기 때문에 이 문제는 이동하면서 1마일 떨어진 곳에서 동전을 맞추려고 하는 것과 같습니다.
Biswas는 “이러한 성과가 달성된 후에도 수신된 신호는 여전히 매우 약하기 때문에 해당 신호를 포착하고 그 안에 인코딩된 정보를 추출할 수 있는 매우 민감한 검출기와 전자 처리가 필요합니다”라고 말했습니다.
NASA에 따르면 Psyche에 탑재된 망원경은 광학 장치를 안정화하고 우주선 진동으로부터 격리하기 위해 격리 및 유도 어셈블리에 장착되어 있습니다. 이는 안정적인 레이저가 지구와 프시케 우주선 사이에 갇히는 것을 방지할 수 있는 장력을 제거하는 데 필요합니다.
Biswas는 출시 전에 기자들에게 “광학 또는 레이저 통신이 허용하는 것은 매우 높은 데이터 전송률을 달성하는 것이지만, 매우 정확한 포인팅 제어가 필요한 매우 좁은 레이저 빔이라는 단점이 있습니다”라고 말했습니다. 일반적인 우주선은 신호를 차단할 수 있으므로 신호로부터 격리하거나 제어해야 합니다.
“근지구 임무의 경우 제어 대역폭이 충분해야 제어할 수 있습니다.”라고 그는 말했습니다. “수신된 신호가 매우 약한 깊은 우주에서는 제어할 수 있는 대역폭이 많지 않으므로 방해로부터 격리해야 합니다.”
우주에서 지구로 직접 레이저 통신을 하는 데에는 또 다른 단점이 있습니다. 지구상의 망원경 전송 및 수신을 덮는 구름은 신호를 차단할 수 있으므로 작동하는 광통신 네트워크에는 전 세계 여러 위치, 이상적으로는 맑은 하늘로 알려진 지역에 여러 개의 지상 노드가 필요합니다.
