Lasercomm Science용 광 페이로드

Optical Payload for Lasercomm Science
기타 용도는 Opals(동음이의)를 참조하십시오.
오퍼
OPALS laser beams data to Earth.jpg
아티스트의 OPALS 다운링크 이미지 크레딧 JPL/Caltech 렌더링
교환입니다.제트 추진 연구소
제조원제트 추진 연구소
계측기 종류통신
기능.레이저 통신
미션 기간90일
가동 개시2014년 4월 18일
웹 사이트http://phaeton.jpl.nasa.gov
특성.
덩어리159kg[1]
개시수1
데이터 레이트50 Mbps
호스트 우주선
우주선국제 우주 정거장
발매일2014년 4월 18일
로켓팔콘9 드래곤캡슐
발사장소케이프 커내버럴
COSPAR ID1998-067a
궤도지구 저궤도

라세콤 과학용 광학 페이로드(OPALS)는 제트추진연구소에서 개발한 우주선 통신 장비로 2014년 4월 18일부터 7월 17일까지 국제우주정거장(ISS)에서 시험돼 우주선과 지상국 [2]간의 레이저 통신 시스템 기술을 시연했다.

OPALS의 목적은 현재 [3]우주선에서 사용되는 전통적인 무선 주파수 통신을 대체하기 위한 연구를 하는 것이다.이를 통해 우주선은 데이터가 다운링크되는 속도를 [4]10배에서 100배까지 높일 수 있다.또한 RF 통신보다 [3]오류가 적습니다.

2014년 4월 18일 팔콘 9 스페이스X CRS-3 드래곤 캡슐 [5]보급기로 케이프 커내버럴에서 ISS로 발사되었다.

그 실험은 우주 적격 부품 [6]대신 상업용 제품을 사용했다.

과학의 목적

OPALS 임무의 목적은 레이저 통신을 사용하여 우주에서 짧은 비디오의 다운링크를 시연하는 것이었다.이를 통해 다음을 연구했다.

  • 다양한 환경 및 작동 조건에서의[7] 지면과 공간 사이의 광링크 유지 보수
  • 왜곡된[7] 데이터 처리
  • 광링크[7] 셋업 순서 설계
  • 신호 송수신에[7] 사용되는 장비는 무엇입니까?

미션 아키텍처

통신과 명령은 OPALS 팀에 의해 개발된 프로세스인 미션 오퍼레이션 시스템(MOS)을 통해 비행 시스템으로 전송되었다.팀이 레이저 다운링크를 실행하려고 했을 때 다음과 같이[7] 처리되었습니다.

  1. 정보는 비행 시스템과의 통신이 계획되어 있는 JPL에 있는 비행 MOS에서 시작됩니다.
  2. 정보는 Marshall Space Flight Center의 Huntsville Operations Support Center(HOSC; 헌츠빌 운영 지원 센터)로 전송되고 RF를 통해 통신 위성 어레이인 추적 데이터 및 릴레이 서비스 시스템(TDRSS)으로 전송됩니다.
  3. TDRSS는 다시 RF를 통해 ISS 및 비행 시스템에 정보를 전송합니다.
  4. 이 비행 시스템은 레이저 다운링크를 실행합니다. 이 다운링크는 OPALS 지상 시스템이 있는 캘리포니아 라이트우드의 OCTL(광통신망원경연구소)에서 수신합니다.
  5. 이 정보는 OPALS 임무의 책임 조사관에게 최종적으로 전달되어 팀이 분석하게 됩니다.

이 프로세스는 몇 [8]초 만에 실행됩니다.레이저 전송이 아닌 통신의 경우(예: 시스템 상태 점검) 아키텍처는 거의 동일합니다.업링크는 순서 1~3에 따라 동일합니다.다운링크는 OCTL로 다운되지 않고 업링크와 같은 경로를 통과합니다([7]백워드 제외).업링크와 마찬가지로 모든 통신은 RF를 통해 이루어집니다.

대부분의 다운링크는 OCTL을 통과했지만 일부는 독일 오버파펜호펜에 있는 독일항공우주센터(DLR) 광학 지상국과 카나리아 [9][6]제도 테네리페주 테이데산에 있는 유럽우주국 지상국을 포함한 다른 지상국을 통과했다.

시스템들

Flight system
OPALS 비행 시스템 이미지 크레딧 JPL/Caltech

OPALS에는 ISS에서 레이저 다운링크를 보내는 비행 시스템과 비행 시스템이 어디를 가리키고 다운링크를 수신할 수 있도록 도와주는 지상 시스템의 두 가지 하드웨어 시스템이 있습니다.

비행 시스템

비행 시스템(오른쪽 퇴적물)은 밀봉된 컨테이너, 광학 짐벌 트랜시버 및 비행 분리 가능 부착 메커니즘(FRAM)[10]의 세 가지 주요 부분으로 구성됩니다.

밀폐된 용기에는 전자 장치,[7][10] 항전 장치, 통신 레이저 및 전자 장치를 냉각하기 위해 공기로 1기압으로 가압된 커스텀 파워 보드가 들어 있습니다.이 레이저는 2.5와트의[11][12] 전력에 1550나노미터의 광파장을 사용하며 [9][6]직경 2.2센티미터의 구멍을 가지고 있다.이 레이저는 광섬유를 통해 짐벌 트랜시버로 라우팅되어 1.5밀리애디안 빔 [12]발산을 통해 전송되었습니다.

OPALS under construction
건설 중인 OPALS 이미지 크레딧 JPL/Caltech

광 짐벌 트랜시버는 업링크 카메라와 레이저 콜리메이터를 2축 짐벌에 [10]고정합니다.레이저 안전상의 고려 사항으로 인해 [7]짐벌은 ISS의 어떤 것도 비추지 않을 수 있습니다.이를 피하기 위해 짐벌은 기계식 정지장치와 전기기계식 한계 스위치를 사용하여 설계되어 시야(지점할 수 있는 영역)는 일반적으로 [7]방위축이 ISS의 이동 방향에 있는 고도 36° 및 방위 106°로 제한됩니다.짐벌 관련 분야 기하학 때문에, 비행 시스템은 ISS가 지상국의 북쪽에 있을 때만 다운링크를 수행할 수 있습니다.

패스 중에는 보기 형상이 빠르게 변경되기 때문에 패스 전체에 걸쳐 짐벌이 가리켜야 하는 [13]방향을 미리 계산해야 합니다.짐발이 가리키는 방향 목록은 ISS GPS 상태 벡터와 자세 [13]사분위수를 기반으로 계산되었습니다.ISS 오리엔테이션 예측 오류와 인코더가 없기 때문에 이 목록이 정확해야 하는 필요성이 매우 중요했습니다. 따라서 모든 짐벌 이동은 데드 [13]카운팅을 통해 수행되어야 했습니다.비행 시스템이 지상 시스템에서 비콘을 감지하면 짐벌로 [13]비콘을 추적합니다.

FRAM은 OPALS와 [10]ISS 사이의 인터페이스입니다.OPALS 팀이 설계한 것이 아니라 존슨 우주 [14]센터의 ISS 팀이 설계한 기존의 부품이었다.

지상 시스템

지상 시스템은 비행 시스템의 레이저 [7]다운링크에서 신호를 수신하는 시스템입니다.가장 자주, 캘리포니아 라이트우드에 있는 OCTL이 지상국으로 사용되었지만, 다른 국제 기지국들도 사용되었다.천문대에는 모든 레이저 다운링크가 실행되는 [13]1미터의 거울이 있습니다.그 망원경은 지구 [13]저궤도에 있는 물체들을 추적할 수 있는 능력을 가지고 있다.지상 시스템의 기능은 레이저의 위치를 비행 시스템에 지시하고 그 신호를 수신하는 것입니다.976나노미터 [7]레이저로 ISS를 비추면 레이저가 어디를 가리켜야 하는지 알 수 있습니다.비화인듐 갈륨 취득 카메라와 눈사태 포토다이오드 검출기 앞에서 3나노미터 밴드 패스 1550나노미터 스펙트럼 필터를 통해 신호를 수신해 주간 [13]통과 시 지구 대기에 역산란된 햇빛에 의해 수신자가 압도되는 것을 방지한다.

결과.

OPALS는 26개의 다운링크를 시도했고, 그 중 18개는 성공했습니다.성공의 절반은 밤에, 절반은 [13]낮에 시도되었다.다음은 몇 가지 다운링크 [13]시행 목록입니다.

날짜. 시간을 지상국 시각 실패/성공
2014년 6월 27일 19:05 UTC OCTL 낮 매우 높은 비콘 검출 임계값으로 인한 장애
2014년 7월 9일 14:09 UTC OCTL 낮 매우 낮은 비콘 검출 임계값으로 인한 장애
2014년 8월 19일 DLR 흐린 상태 및 낮은 비콘 감지 임계값으로 인한 장애
2014년 7월 1일 18:26 UTC OCTL 낮 잘못된 신호 장애로 인한 장애
2014년 6월 23일 03:59 UTC OCTL 낮 약한 비콘 신호로 인한 장애
2014년 7월 21일 OCTL 약한 비콘 신호로 인한 장애
2014년 6월 23일 OCTL 약한 비콘 신호로 인한 장애
2014년 9월 9일 ESA 낮 유광 문제로 인한 고장
2014년 10월 14일 DLR 가속 제한 고려 사항으로 인한 장애
2014년 6월[3] 5일 OCTL 야간 성공.

다운링크 데이터가 동일한 데이터 패키지로 구성되어 여러 번 반복되었기 때문에 많은 다운링크가 장애로 간주되었지만, 이러한 장애 중 일부는 데이터 패키지 전체를 전송할 수 있었습니다.

일반적으로 다운링크는 야간보다 낮에 더 성공적이었습니다.다운링크도 흐린 날씨의 경우 신호를 다시 얻을 수 있었지만 어려움을 겪었다.DLR과 같은 높은 위도의 지상국으로의 다운링크에서 약간의 문제가 발견되었습니다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

  1. ^ Selinger, Mark (September 2014). "Demonstrating Laser Comms" (PDF). Magazine. Archived from the original (PDF) on 12 August 2015. Retrieved 8 November 2014.
  2. ^ "NASA - Optical PAyload for Lasercomm Science". www.nasa.gov. Retrieved 11 July 2020.
  3. ^ a b c "OPALS: Light Beams Let Data Rates Soar". www.jpl.nasa.gov. December 9, 2014. Retrieved 2015-10-21.
  4. ^ "NASA's OPALS to Beam Data From Space Via Laser". www.jpl.nasa.gov. July 11, 2013. Retrieved 2020-07-11.
  5. ^ SpaceX. "Launch Manifest". SpaceX. Retrieved 2015-10-19.
  6. ^ a b c Oaida; et al. "abstract of Optical link design and validation testing of the Optical Payload for Lasercomm Science (OPALS) system".
  7. ^ a b c d e f g h i j k Abrahamson, Matthew J.; Sindiy, Oleg V.; Oaida, Bogdan V.; Fregoso, Santos; Bowles-Martinez, Jessica N.; Kokorowski, Michael; Wilkerson, Marcus W.; Jet Propulsion Laboratory/California Institute of Technology; Konyha, Alexander L.; Embry-Riddle Aeronautical University (9 May 2014). OPALS Mission System Operations Architecture for an Optical Communications Demonstration on the ISS. American Institute of Aeronautics and Astronautics. doi:10.2514/6.2014-1627. ISBN 978-1-62410-221-9.
  8. ^ "DesktopTV - 082615_MSFC_CutIn_Opals". av.ndc.nasa.gov. Archived from the original on 2016-03-07. Retrieved 2015-11-09.
  9. ^ a b Oaida, Bogdan V.; Wu, William; Erkmen, Baris I.; Biswas, Abhijit; Andrews, Kenneth S.; Kokorowski, Michael; Wilkerson, Marcus (2014-01-01). "Optical link design and validation testing of the Optical Payload for Lasercomm Science (OPALS) system". Free-Space Laser Communication and Atmospheric Propagation XXVI. Vol. 8971. pp. 89710U–89710U–15. doi:10.1117/12.2045351.[데드링크]
  10. ^ a b c d "Space, Stars, Mars, Earth, Planets and More - NASA Jet Propulsion Laboratory". phaeton.jpl.nasa.gov. Archived from the original on 2015-10-15. Retrieved 2015-10-21.
  11. ^ "NASA Beams 'Hello, World!' Video from Space via Laser". www.jpl.nasa.gov. 6 June 2014. Retrieved 2015-10-21.
  12. ^ a b Wright, M. W.; Jet Propulsion Laboratory/California Institute of Technology; Tang, R. R.; NuphotonTechnologies, Inc (2014-10-10). "Qualification Testing of Fiber-Based Laser Transmitters and On-Orbit Validation of a Commercial Laser System" (PDF). International Conference on Space Optics. Retrieved 8 November 2015.
  13. ^ a b c d e f g h i Abrahamson, Matthew J.; Oaida, Bogdan V.; Sindiy, Oleg; Biswas, Abhijit (2015-01-01). "Achieving operational two-way laser acquisition for OPALS payload on the International Space Station". Free-Space Laser Communication and Atmospheric Propagation XXVII. Vol. 9354. pp. 935408–935408–21. doi:10.1117/12.2182473.
  14. ^ EVA Checklist, STS-121. Johnson Space Center. 2006. pp. 20–22.

외부 링크