Z przestrzeni międzyplanetarnej odebrano wideo z kotem. Kto był nadawcą?

Eksploracja kosmosu, szczególnie gdy mówimy o podróżach międzyplanetarnych, a nie tylko pobycie na pobliskiej Ziemi orbicie na pokładzie stacji kosmicznej, wiąże się z trzema poważnymi problemami. Trzeba je rozwiązać, przynajmniej częściowo, by loty załogowe nabrały sensu. Pierwszy problem to zbudowanie odpowiednich pojazdów, które zapewnią komfortowe warunki do długiego przebywania człowieka w przestrzeni kosmicznej. Drugi problem to odpowiednie przygotowanie ludzi, by znieśli lot bez negatywnego wpływu na ich zdrowie, w tym psychikę. I trzeci problem, który wiąże się z tym drugim, to zapewnienie odpowiedniej komunikacji. Nie tylko zdolności do przesyłania danych, ale umiejętności do przesyłania ich dużej ilości i w najwyższej możliwej jakości.

Z kotem sobie nie porozmawiasz, ale można go obejrzeć. (fot: NASA JPL)

W przypadku satelitów, które znajdują się blisko Ziemi, problem zdaje się być nieistotny, bo przecież mamy telewizję satelitarną. Ale sygnał radiowy ma to do siebie, że wraz z odległością szybko słabnie i nawet transmisje z Marsa nie są już tak komfortowe, a co dopiero w przypadku sond, które obserwują planety gazowe. Nie mówiąc już o sondach na granicach Układu Słonecznego. Nawet stosunkowo nowoczesny New Horizons potrzebował 15 miesięcy, by przesłać komplet obserwacji Plutona o objętości około 7 GB. Pomińmy tu kwestie opóźnienia transmisji, bo tych bez nowej fizyki nie pokonamy.

Bohater wideo nadesłanego z kosmosu ma na imię Taters

Kot w kosmosie. Brzmi to przezabawnie, ale tylko dla nas, bo dla kota, który traci poczucie kontroli nad własnym ciałem, a szczególnie możliwość manewrowania ogonem, to prawdziwy horror. Na szczęście nie trzeba wysyłać kota w kosmos, by obejrzeć nadesłane stamtąd jego nagranie. Bo to właśnie takie wideo było tematem transmisji zrealizowanej z pomocą laserowego łącza, która nadeszła z przestrzeni międzyplanetarnej na Ziemię. Poniżej jej zawartość.

Obejrzyj w

I nie ma w tym ani krztyny przesady, bo źródło filmu znajdowało się w odległości 31 milionów kilometrów od Ziemi. Aż 78 tysięcy razy dalej niż Międzynarodowa Stacja Kosmiczna, gdy jest nad naszymi głowami. Ponad 80 razy dalej niż Księżyc, 20 razy dalej niż teleskop kosmiczny Webb, a to już niewątpliwie przestrzeń międzyplanetarna. Dla porównania do Marsa, gdy jest najbliżej Ziemi, czyli dokładnie po tej samej stronie Słońca co Ziemia, jest około 56 milionów kilometrów.

Skąd nadeszła transmisja z kotem? Jak ją wysłano, jak odebrano?

Transmisję wysłała NASA, a jej źródłem była sonda Psyche, która zmierza do kosmicznego Eldorado. Głównym celem sondy są bowiem badania bogatej w metale asteroidy 16 Psyche, ale wśród instrumentów na pokładzie jest także eksperyment DSOC (Deep Space Optical Communications). To specjalny nadajnik wyposażony zwierciadło, które kieruje wiązkę lasera z zakodowaną transmisją w stronę odbiornika na Ziemi. To proste pozornie zadanie jest sporym wyzwaniem, bo lecący szybko pojazd musi to zrobić dokładnie. W przeciwieństwie do sygnału radiowego, który może być nakierowany mniej precyzyjnie (oczywiście tu też są konsekwencje, ale znacznie mniejsze). Im dalej nadawca jest od Ziemi, tym trudniej dokładnie wycelować wiązką lasera w odbiornik. Sam laser nie jest szczególnie silny, w przypadku testu było to od 2 do 4 W.

Eksperyment DSOC na pokładzie sondy Psyche, w powiększeniu widać instrument i jego zwierciadło. (fot: NASA JPL)

W tym przypadku odbiornikiem był teleskop Hale’a, czyli 5,1 metrowy instrument w obserwatorium Palomar, ten sam, którym 100 lat temu Hubble dokonywał swoich przełomowych odkryć co do budowy Wszechświata. Sygnał rejestrował specjalny 64 pikselowy sensor, który jest zdolny zliczać nawet miliard fotonów w ciągu sekundy, co jest konieczne do precyzyjnego odczytu zakodowanych w modulowanej laserowej transmisji danych. Osiągnięta prędkość transferu danych to 267 Mbps (testowano też prędkości 100 Mbps i 62,5 Mbps) i choć wydaje się to z obecnej perspektywy naziemnego internetu przeciętną prędkością, to w kategoriach kosmicznej komunikacji to bardzo szybko. Z taką prędkością można zestawić łącze wideo w czasie rzeczywistym i oglądać na żywo igraszki kota w centrum NASA JPL.

Sensor, który rejestrował sygnał wysyłany przez sondę Psyche. (fot: Palomar Observatory)

Choć tę rzeczywistość burzy opóźnienie, które towarzyszy każdej transmisji pomiędzy odległymi obiektami w kosmosie, szczególnie gdy poruszają się względem siebie. A także obecne ograniczenie dla transmisji dwukierunkowej, bo w trakcie testu szybkość wysyłania danych w kierunku sondy wynosiła mizerne 1,6 kbps.

Nie pierwszy taki eksperyment, będzie ich więcej. A korzyści ogromne

Komunikacja optyczna zapewni 10 a nawet 100-krotny wzrost objętości danych, które przesyłamy z przestrzeni międzyplanetarnej. To ułatwi wykorzystanie nowych instrumentów, które generują ogromną ilość danych, nawet po wstępnym przetworzeniu na pokładzie sondy, i ograniczona wydajność ich przesyłania ogranicza ich efektywność. Przykładem jest objętość danych jakie przesłano w trakcie eksperymentu z 4 grudnia. To 162 gigabajty danych, nieco więcej niż sonda Magellan przesłała w ciągu swojej pięcioletniej misji obserwacji Wenus w latach 1990-1994.

Sonda Psyche zdąża do celu, ale zajmie to jej jeszcze wiele lat, dlatego okazji na kolejne eksperymenty będzie jeszcze sporo. Obecny przekaz z 11 grudnia nie jest zresztą pierwszym, bo ten miał miejsce już w listopadzie. Podobne testy i to dwukierunkowe, z wykorzystaniem laserowego łącza są prowadzone obecnie także w pobliżu Ziemi. Dane transmitowane są z podobnego nadajnika, ale umieszczonego na pokładzie Międzynarodowej Stacji Kosmicznej.

Źródło: NASA JPL, inf. własna