NASA测试用于激光和无线电空间通信的混合天线

为了使深空任务的高速通信成为现实，美国国家航空航天局（NASA）正在测试一种巨大的混合碟形天线，这种天线能够在数亿英里的太空中同时处理无线电和激光信号。美国国家航空航天局（NASA）飞往同名小行星的"Psyche"号任务的亮点之一是其深空光通信（DSOC）装置，这是一个激光收发器，能够发送和接收激光信号，通信速度比传统无线电系统快许多倍。

自2024年10月13日发射机器人探测器以来，迄今为止，它已经达成了一些令人瞩目的成就。11月，DSOC成功地从1000万英里（约合1600万公里）的距离上传输了数据，相当于地球到月球距离的40倍。

唯一的问题是，地球和 Psyche 之间的联系是通过第三方操纵的测试装置实现的。DSOC瞄准的是加利福尼亚州圣迭戈县加州理工学院帕洛玛天文台的黑尔望远镜，借助的是从加利福尼亚州赖特伍德附近JPL台山设施的光通信望远镜实验室发射的激光信标。

"金石"无线电/激光混合实验天线 美国宇航局/JPL-加州理工学院

这意味着它需要各种自动辅助设备，还要能够预测并锁定一个航天器的位置，而这个航天器距离我们非常遥远，信号覆盖这个距离需要 20 秒钟。这还意味着要占用两个非常昂贵的天文观测站，研究人员必须提前数年安排时间。

因此，美国国家航空航天局（NASA）正在一个单独的项目中研究一种混合天线，这种天线可以安装在位于加利福尼亚州戈德斯通、西班牙马德里和澳大利亚堪培拉的三个深空网络站中。

激光收集器 美国宇航局/JPL-加州理工学院

测试版本是一个 34 米（112 英尺）的射频-光学-混合天线，名为"深空站 13"，位于加利福尼亚州巴斯托附近的金石深空通信中心。为了进行测试，这个巨大的碟形天线被改装成七个超精密的分段反射镜，相当于一个 3.3 英尺（1 米）孔径的望远镜。这样就能捕捉到来自太空的激光束，并将其聚焦到一个接收器上，接收器是一个高曝光相机，连接在天线的副反射镜上，悬挂在碟形天线中心的上方。然后，信号通过光纤传送到一个低温冷却的半导体纳米线单光子探测器，将其提升到可读取的水平。

据美国国家航空航天局称，该天线能够与"Psyche"号保持联系，并在去年年底建立了每秒 15.63 兆比特的下行链路，即在 2000 万英里（3200 万公里）的距离上以大约 40 倍的无线电速率传输。它还能够同时接收探测器的无线电信号。

天文学家希望混合天线能够在相当于火星距地球最远点的距离，即 2.32 亿英里（3.74 亿千米）与 Psyche 保持联系。下一步将扩大光学镜面阵列的规模，使其相当于一个 26 英尺（8 米）长的望远镜，随后再对构成 DSN 的 14 个天线中的一些天线进行改装，以便同时收集高速激光信号和低速无线电通信信号。

喷气推进实验室（JPL）通信地面系统副经理兼混合天线交付经理 Barzia Tehrani 说："几十年来，我们一直在为 DSN 遍布全球的巨型天线增加新的无线电频率，因此最可行的下一步就是增加光学频率。我们可以用一种资产同时做两件事；将我们的通信道路变成高速公路，节省时间、金钱和资源。"