位于美国宇航局加利福尼亚州戈德斯通综合大楼的第13号深空空间站是该机构深空网络的一部分，它是一个实验天线，已经改装了一个光学终端。这一概念验证首次同时接收到来自深空的射频和激光信号。来源:美国国家航空航天局/姓名
美国宇航局在深空网络中引入混合天线标志着空间通信的重大进步，实现了更快的数据传输并支持未来探索的需求。
DSN的混合天线既能接收射频信号，也能接收光学信号，它可以跟踪并解码来自NASA普赛克任务上的DSOC的下行激光。
一个实验天线接收到了美国宇航局普赛克宇宙飞船在太空深处飞行时发出的射频和近红外激光信号。这表明，美国宇航局深空网络(DSN)通过无线电波与航天器通信的巨大碟形天线有可能被改造成光学或激光通信。
通过将更多的数据打包到传输中，光通信将实现新的空间探索能力，同时随着网络需求的增长支持深空网络。
一张深空间站13号光学终端的特写显示了七个六角形反射镜，它们从DSOC的下行激光中收集信号。镜子将光线反射到正上方的摄像机，然后信号通过光纤系统发送到探测器。来源:美国国家航空航天局/姓名
加强深空通信
这个34米(112英尺)长的射频-光学混合天线被称为“深空空间站13号”，自2024年11月以来一直跟踪美国宇航局深空光通信(DSOC)技术演示的下行激光。该技术演示的飞行激光收发器(见下图)与该机构于2024年10月13日发射的普赛克飞船一起飞行。
这种混合天线位于加利福尼亚州巴斯托附近的深空网络Goldstone深空通信中心，并不是DSOC实验的一部分。DSN、DSOC和Psyche由美国宇航局位于南加州的喷气推进实验室管理。
深空光通信(DSOC)技术演示的飞行激光收发器于2021年4月在美国宇航局位于南加州的喷气推进实验室展示，然后安装在其盒式外壳内，后来与美国宇航局的普赛克航天器集成。收发器由一个近红外激光发射器向地球发送高速率数据，和一个敏感的光子计数相机接收地面传输的低速率数据。收发器安装在支柱和致动器的组合上(如图所示)，用于稳定航天器振动产生的光学信号。来源:美国国家航空航天局/姓名
喷气推进实验室DSN副经理Amy Smith表示:“自技术演示启动后不久，我们的混合天线就能够成功可靠地锁定并跟踪DSOC下行链路。”“它还接收到了普赛克的无线电频率信号，因此我们首次展示了同步无线电和光频率深空通信。”
在2024年底，混合天线以每秒15.63兆比特的速度从2000万英里(3200万公里)远的地方下载数据，比那个距离的射频通信快40倍左右。2024年1月1日，天线下载了一张在普赛克发射前上传到DSOC的团队照片。
现在，Goldstone的实验混合天线已经证明了无线电和激光信号可以被同一根天线同步接收，专用的混合天线(就像这里描绘的艺术家的概念图)有一天会成为现实。来源:美国国家航空航天局/姓名
Dual-Functio主要代表突破
为了探测激光的光子(光的量子粒子)，七个超精密的分段反射镜被连接到混合天线曲面的内部。类似于美国宇航局詹姆斯韦伯太空望远镜的六角形反射镜，这些部分模仿了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，并精确地将它们重新定向到一个高曝光相机上，该相机连接在天线的副反射器上，悬浮在天线中心上方。
相机收集到的激光信号随后通过一根光纤传输，该光纤被送入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的微设备实验室设计和建造，与加州理工学院位于加州圣地亚哥县的帕洛马天文台使用的探测器(见下图)完全相同，后者是DSOC的下行地面站。
这里展示的是深空光通信，或DSOC，超导纳米线单光子探测器的一个相同的副本，它与位于加州圣地亚哥县加州理工学院帕洛马天文台的200英寸(5.1米)黑尔望远镜相连。探测器由美国宇航局南加州喷气推进实验室的微设备实验室建造，设计用于接收来自DSOC飞行收发器的近红外激光信号，作为技术演示的一部分，DSOC飞行收发器与美国宇航局的普赛克任务一起在深空飞行。来源:美国国家航空航天局/姓名
喷气推进实验室混合天线通信地面系统副经理和交付经理Barzia Tehrani说:“这是一个建立在34米柔性结构上的高容忍度光学系统。”“我们使用一个由镜子、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。”
德黑兰希望天线足够灵敏，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。
在实验天线的测试过程中，这张JPL项目团队的照片由Psyche上的DSOC收发器下载。来源:美国国家航空航天局/姓名
未来展望和基础设施发展
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。该技术演示最近以创纪录的比特率播放了第一个来自外太空的超高清视频。
用光学终端改造射频天线和建造专用混合天线可以解决目前缺乏专用光学地面基础设施的问题。DSN在加利福尼亚、马德里和澳大利亚堪培拉设有14个餐厅。混合天线可以依靠光通信来接收大量数据，并使用无线电频率来接收带宽较少的数据，例如遥测(健康和位置信息)。
“几十年来，我们一直在为深空网络遍布全球的巨型天线增加新的无线电频率，所以最可行的下一步是包括光学频率，”Tehrani说。“我们可以让一项资产同时做两件事;把我们的通讯道路改造成高速公路，节省时间、金钱和资源。”
使命与技术进步
DSOC是由NASA的技术演示任务(TDM)计划和该机构的空间通信与导航(SCaN)计划资助的一系列光通信演示中最新的一个。JPL是位于加州帕萨迪纳的加州理工学院的一个分支，在NASA的空间技术任务理事会中管理TDM的DSOC，在该机构的空间操作任务理事会中管理扫描。
