A sonda Psyche se encaminha para o asteroide com o mesmo nome, conhecido por ser rico em metais. Nesse trajeto, a sonda irá apresentar um sistema de comunicação a laser de infravermelho próximo, permitindo o envio de dados em alta velocidade, cobrindo uma distância de centenas de milhões de quilômetros de volta à Terra.

A espaçonave Psyche da NASA decolou na manhã de hoje (13/10/2023) às 10h20 no horário da costa leste e está agora a caminho do asteroide homônimo rico em metais. A missão, que enfrentou longos atrasos, irá examinar o asteroide com uma série de instrumentos científicos para determinar se esse pedaço de rocha já foi o núcleo de um planeta bebê que nunca se formou completamente.

Mas essa não é a única missão da Psyche. A sonda também carrega um experimento importante. Ela testará uma tecnologia futurista a laser para transmitir grandes quantidades de dados de e para espaçonaves distantes, chamada Projeto de Comunicações Ópticas de Espaço Profundo, ou DSOC. Espera-se que o DSOC ofereça taxas de dados muito aprimoradas, com capacidade de 10 a 100 vezes a das comunicações de rádio. Atualmente, o rádio é a única opção para enviar e receber sinais no espaço, mas não conseguirá atender às crescentes necessidades de dados de espaçonaves de longo alcance. O DSOC pode ser um divisor de águas para a próxima geração de missões, permitindo que futuras sondas transmitam imagens de alta resolução ou que astronautas em Marte enviem vídeos de volta para casa.

“Estamos tentando mostrar a capacidade de taxas de dados muito altas a partir de distâncias semelhantes a Marte. Isso permitirá instrumentos científicos de maior resolução, como o mapeamento de Marte. E há muito interesse na exploração humana de Marte, o que exigirá uma largura de banda alta”, disse Abi Biswas, tecnologista do projeto DSOC no Laboratório de Propulsão a Jato da NASA em Pasadena, Califórnia.

O transceptor a laser infravermelho próximo do DSOC é alojado em uma espécie de sombra solar que se estende de um lado da espaçonave Psyche. Ele foi projetado para enviar dados de alta taxa com um laser de 4 watts e para receber dados de baixa taxa da Terra com uma câmera de contagem de fótons, ambos passando por um telescópio de abertura de 8,6 polegadas.

Os engenheiros começarão a testar esse sistema cerca de 20 dias após o lançamento, mas será apenas uma demonstração de tecnologia. Os dados da missão Psyche serão transmitidos por meio de comunicações de rádio tradicionais. O DSOC enviará e receberá sinais a laser cerca de uma vez por semana, à medida que os engenheiros testam os transmissores e detectores nos primeiros dois anos da viagem da espaçonave, que deve durar quase seis anos até o asteroide.

Tecnologias semelhantes já foram usadas antes por satélites da Agência Espacial Europeia em órbita geoestacionária e por um orbitador lunar da NASA. No entanto, a uma distância de 200 ou 300 milhões de milhas, esta será a primeira vez que algo assim será tentado a uma distância muito, muito maior do que a da lua.

O experimento DSOC envolve várias etapas desafiadoras, começando com a garantia de que a espaçonave pode direcionar um feixe de laser estreito para uma estação receptora no solo. Biswas diz que é “como tentar acertar uma moeda de um quilômetro de distância enquanto a moeda está se movendo.” A intensidade do sinal também diminuirá com o quadrado da distância entre o transmissor e o receptor, de modo que, quando atingir a Terra, será muito fraco, consistindo apenas de um punhado de fótons. Isso requer detectores sensíveis no solo, dispositivos chamados detectores supercondutores de nanofios mantidos a uma temperatura de congelamento de 1 grau Kelvin. Quando os fótons chegam, os nanofios fazem transições entre estados supercondutores, emitindo pulsos elétricos. Biswas e seus colegas usarão eletrônicos de alta velocidade para processar esses pulsos e extrair as informações no sinal.

Se funcionar conforme o planejado, o DSOC será capaz de enviar megabytes de dados por segundo, em vez de quilobytes, como as transmissões de rádio fazem. Embora os sistemas de rádio tenham melhorado, para aumentar suas taxas de dados, seria necessário também aumentar o tamanho, a massa e a potência de seus componentes. No entanto, esses elementos não podem ser ampliados indefinidamente. Transmitir por centenas de milhões de milhas exigiria antenas de rádio muito, muito maiores do que poderiam ser construídas.

A NASA trabalha com uma rede global de antenas de rádio conhecida como a Rede de Espaço Profundo, mas as demandas de dados desse sistema atingiram um ponto crítico. Por exemplo, a primeira missão lunar Artemis e suas cargas úteis secundárias do ano passado foram particularmente exigentes, e outras missões científicas perderam cerca de 1.600 horas de tempo da DSN como resultado.

Ainda não existe uma rede de antenas para lasers ópticos, então a NASA precisa de nova infraestrutura dedicada na Terra. “Uma coisa única sobre este projeto é que temos sistemas terrestres para entregar, além do terminal de voo. Estamos ansiosos pelo fato de que as pessoas que desenvolveram esse hardware o utilizarão e experimentarão com ele” durante a missão Psyche, disse Meera Srinivasan, gerente de entrega de produtos do sistema terrestre DSOC e líder de operações, em uma coletiva de imprensa da NASA em 20 de setembro.

Esses sistemas terrestres incluirão um transmissor a laser de alta potência de 5 quilowatts no Laboratório de Telescópio de Comunicações Ópticas na Montanha da Mesa, ao norte do Laboratório de Propulsão a Jato (JPL). Ele emitirá um farol para ajudar a Psyche a apontar para a Terra e enviará dados de uplink de baixa taxa. Para receber os dados de alta taxa transmitidos pela sonda, a NASA está contando com o Telescópio Hale de 200 polegadas no Observatório Palomar da Caltech, no Condado de San Diego, que fica no topo de uma montanha ao sul do JPL. Esse é o telescópio que utiliza os detectores de nanofios supercondutores.

Embora esses tipos de lasers tenham muitas vantagens, há um problema que aflige as transmissões ópticas: nuvens. Esses locais no sul da Califórnia raramente ficam nublados, mas haverá momentos em que um sinal não poderá passar devido ao bloqueio por nuvens, fumaça ou neblina. Ambos os locais no topo das montanhas precisam estar limpos para o sistema funcionar. Essa é a razão pela qual os lasers ópticos sendo testados aqui podem não se tornar o principal modo de comunicações no espaço profundo, diz Biswas. Missões futuras com lasers ópticos provavelmente precisarão de comunicações por rádio também, uma vez que o rádio consegue penetrar as nuvens.

O lançamento da Psyche continua o que a NASA chama de “Outono dos Asteroides”, após o retorno de amostras da missão OSIRIS-REx do asteroide Bennu em setembro. No início desta semana, a NASA revelou uma análise preliminar de uma pequena parte da regolito capturada, mostrando que ela é composta de minerais ricos em carbono contendo água e material orgânico. Em novembro, a missão Lucy capturará imagens enquanto faz um sobrevoo do asteroide Dinkinesh.

No evento do OSIRIS-REx, a diretora da divisão de ciência planetária da NASA, Lori Glaze, também mencionou a missão Psyche e destacou a raridade de seu alvo. “Psyche vai visitar um asteroide único, um dos apenas nove entre vários milhões que acreditamos existirem e que pensamos serem realmente enriquecidos em metais: ferro e níquel”, disse ela.

Fonte: https://www.wired.com/story/nasas-psyche-mission-is-off-to-test-a-space-laser-for-communications/