Mendapatkan Data NASA ke Tanah Dengan Laser

NASA meluncurkan satelit, penjelajah, dan pengorbit untuk menyelidiki tempat manusia di Bima Sakti. Ketika misi ini mencapai tujuan mereka, instrumen ilmiah mereka menangkap gambar, video, dan wawasan berharga tentang kosmos. Infrastruktur komunikasi di luar angkasa dan di darat memungkinkan data yang dikumpulkan oleh misi-misi ini mencapai Bumi. Namun, tanpa stasiun bumi yang menerimanya, data luar biasa yang ditangkap oleh misi ini akan tertahan di luar angkasa, tidak dapat menjangkau ilmuwan dan peneliti di Bumi.

Sejak awal eksplorasi ruang angkasa, misi NASA terutama mengandalkan komunikasi frekuensi radio untuk transfer informasi ini. Laser Communications Relay Demonstration (LCRD) berbasis ruang angkasa NASA akan memamerkan komunikasi laser — cara revolusioner untuk mengomunikasikan data dari luar angkasa ke darat.

Stasiun bumi LCRD, yang dikenal sebagai Optical Ground Station (OGS) -1 dan -2, terletak di Table Mountain, California, dan Haleakalā, Hawaii. Lokasi terpencil dan dataran tinggi ini dipilih karena kondisi cuacanya yang cerah. Meskipun komunikasi laser dapat meningkatkan kecepatan transfer data, gangguan atmosfer seperti awan dan turbulensi dapat mengganggu sinyal laser saat memasuki atmosfer Bumi.

"Cara kerja meteorologi lokal, ada sedikit debu dan lebih sedikit turbulensi atmosfer di puncak gunung, yang sangat bagus untuk komunikasi laser," kata Ron Miller dari Pusat Penerbangan Luar Angkasa Goddard NASA. “Ketinggiannya sekitar 10.000 kaki, jadi Anda berada di atas banyak atmosfer dan cuaca yang terjadi di bawah puncak. Sangat umum untuk memiliki hari yang cerah di puncak dan berawan di sekitar titik tengah gunung.”

Insinyur komunikasi NASA memilih situs ini karena pola cuaca mereka biasanya saling melengkapi. Saat OGS-1 di California berawan, OGS-2 di Hawaii cenderung cerah — dan sebaliknya. Untuk memantau cakupan awan dan menentukan stasiun mana yang akan digunakan, mitra komersial Northrop Grumman menyediakan stasiun pemantauan atmosfer yang mengamati kondisi cuaca di Haleakalā. Stasiun pemantau ini beroperasi hampir secara mandiri 24 jam sehari, tujuh hari seminggu. OGS-1 memiliki kemampuan pemantauan cuaca serupa di Table Mountain.

Meskipun cuaca biasanya cerah di lokasi ini, insinyur NASA masih harus bekerja untuk mengurangi efek turbulensi atmosfer pada data yang diterima oleh OGS-1 dan OGS-2. Untuk melakukannya, kedua stasiun memanfaatkan kekuatan optik adaptif.

“Sistem optik adaptif menggunakan sensor untuk mengukur distorsi sinyal elektromagnetik yang turun dari pesawat ruang angkasa,” kata Tom Roberts, manajer pengembangan dan operasi OGS-1 di Jet Propulsion Laboratory NASA di California Selatan. “Jika kita dapat mengukur distorsi itu, maka kita dapat mengirimkannya melalui cermin yang dapat berubah bentuk yang mengubah bentuknya untuk menghilangkan penyimpangan yang disebabkan oleh atmosfer. Itu memungkinkan kami memiliki sinyal yang bagus dan murni.”

Sementara OGS-2 dikembangkan secara khusus untuk misi LCRD, OGS-1 berbasis di Laboratorium Teleskop Komunikasi Optik JPL, yang digunakan untuk demonstrasi komunikasi laser sebelumnya. Untuk menyiapkan OGS-1 untuk dukungan LCRD, para insinyur harus meningkatkan stasiun bumi. Salah satu peningkatan tersebut melibatkan penggantian cermin agar memiliki reflektifitas yang lebih baik dan laser yang lebih tinggi.

Sebelum dukungan misi, LCRD akan menghabiskan sekitar dua tahun melakukan tes dan eksperimen. Selama waktu ini, OGS-1 dan OGS-2 akan bertindak sebagai pengguna simulasi, mengirim data dari satu stasiun ke LCRD lalu turun ke stasiun berikutnya. Tes ini akan memungkinkan komunitas kedirgantaraan untuk belajar dari LCRD dan lebih menyempurnakan teknologi untuk implementasi sistem komunikasi laser di masa depan. Setelah fase percobaan, LCRD akan mendukung misi di luar angkasa. Misi, seperti terminal di Stasiun Luar Angkasa Internasional, akan mengirimkan data ke LCRD, yang kemudian akan mengirimkannya ke OGS-1 atau OGS-2.

LCRD adalah muatan yang dihosting di Program Uji Luar Angkasa Satelit-6 Departemen Pertahanan (STP-Sat-6). Sementara LCRD adalah muatan komunikasi laser, pesawat ruang angkasa masih akan memiliki koneksi frekuensi radio ke darat. Payload to Ground Link Terminal (PGLT) yang terletak di White Sands Complex dekat Las Cruces, New Mexico, akan mengomunikasikan data pelacakan, telemetri, dan perintah ke pesawat ruang angkasa melalui gelombang radio. NASA mengelola elemen dasar LCRD — OGS-1, OGS-2, dan PGLT — dari pusat operasi misi LCRD di White Sands.

“Pusat operasi misi adalah otak sentral dari sistem LCRD,” kata Miriam Wennersten, manajer segmen darat LCRD dari NASA Goddard. “Ini mengoordinasikan konfigurasi muatan dan ketiga stasiun bumi secara bersamaan, menjadwalkan berbagai layanan dan tautan optik.”

Tanpa infrastruktur darat, ilmu pengetahuan dan data eksplorasi yang luar biasa tidak akan sampai ke peneliti di Bumi. Segmen darat LCRD akan sangat penting bagi keberhasilan misi, memberikan para insinyur kesempatan untuk menguji dan menyempurnakan komunikasi laser. Pada gilirannya, LCRD akan mengantarkan era baru komunikasi laser, di mana misi akan memiliki akses yang belum pernah terjadi sebelumnya ke wawasan yang diperoleh dari satelit dan probe di luar angkasa.