近日，美国宇航局（NASA）宣布，其深空网络（DSN）中的一个混合天线已成功跟踪并解码了来自“普赛克”宇宙飞船的近红外激光信号。

这一实验性天线不仅具备接收射频信号的能力，还成功实现了光学信号的接收和处理，为深空激光通信技术的发展提供了新可能。

此次实验中，该天线成功锁定了普赛克飞船在太空深处飞行时发出的射频和近红外激光信号，展示了DSN巨大碟形天线向光学/激光通信转型的潜力。这一转变不仅将提升空间探索的能力，还将随着网络需求的增长，为深空网络提供更强大的支持。

这个混合天线被命名为“深空空间站13号”，位于加利福尼亚州巴斯托附近的Goldstone深空通信中心。自2023年11月以来，它一直跟踪着美国宇航局深空光通信（DSOC）技术演示的下行激光。这项技术演示的飞行激光收发器，搭载于该机构于2023年10月13日发射的普赛克飞船上。

DSN、DSOC和Psyche项目均由美国宇航局位于南加州的喷气推进实验室（JPL）管理。JPL的DSN副经理Amy Smith表示：“自技术演示启动后不久，我们的混合天线就成功可靠地锁定了DSOC下行链路，并接收到了普赛克的无线电频率信号。这是我们首次实现同步无线电和光频率深空通信的里程碑。”

在2023年底，该混合天线以每秒15.63兆比特的速度从距离2000万英里（3200万公里）远的普赛克飞船下载了数据，这比相同距离的射频通信速度快了约40倍。到了2024年1月1日，该天线又成功下载了一张在普赛克发射前上传到DSOC的团队照片。

具体机制

为了实现激光光子的探测，混合天线内部安装了七个超精密的分段反射镜。这些反射镜模仿了一个3.3英尺（1米）口径望远镜的光收集孔径，当激光光子到达天线时，每个镜子都会反射光子，并将它们精确地重定向到一个高曝光相机上。相机收集的激光信号随后通过光纤传输到低温冷却的半导体纳米线单光子探测器，该探测器由喷气推进实验室（JPL）的微设备实验室设计和建造。

JPL混合天线通信地面系统副经理和交付经理Barzia Tehrani表示：“这是一个建立在34米柔性结构上的高兼容性光学系统。我们使用了一个由镜子、精密传感器和摄像头组成的系统，主动对准并引导来自深空的激光进入到达探测器的光纤。”

他还透露，团队希望天线未来能够探测到火星距离地球最远的地方（太阳到地球距离的2.5倍）发出的激光信号。普赛克将在6月到达这个距离，前往火星和木星之间的主要小行星带，调查富含金属的小行星普赛克。

天线上的七段反射镜是一个概念的证明，它可以在未来使用一个规模更大、功能更强大的64段反射镜——相当于一个26英尺(8米)口径的望远镜。

基础设施解决方案

DSOC正在为能够传输复杂科学信息、视频和高清图像的更高数据速率通信铺平道路，以支持人类的下一个巨大飞跃：将人类送上火星。最近，该技术演示已成功以创纪录的比特率传输了首个来自外太空的超高清视频，这标志着深空通信领域的一大突破。

DSN（深空网络）在全球范围内拥有14个站点，分别位于加利福尼亚、马德里和澳大利亚的堪培拉。这些混合天线能够利用光通信接收大量数据，同时辅以无线电频率接收带宽较小的数据，如遥测数据（包括航天器的健康状态和位置信息等）。