“DSOC', Komunikasi dengan Cahaya Laser dari Luar Angkasa ke Bumi

Dengan pesawat luas angkasa Psyche, NASA berhasil menerima "cahaya pertama" yang dikirim melalui laser dari jauh di luar Bulan untuk pertama kalinya dalam percobaan DSOC. Keberhasilkan ini membuka jalan bagi komunikasi dalam misi eksplorasi luar angkasa manusia dan robot di masa depan serta mendukung instrumen sains dengan resolusi lebih tinggi.

NASA atau Badan Penerbangan Luar Angkasa Amerika Serikat saat ini tengah mengembangkan Deep Space Optical Communications (DSOC) yaitu sebuah eksperimen yang dapat mengubah cara pesawat luar angkasa berkomunikasi. Percobaan ini telah mencapai "cahaya pertama" dengan mengirimkan data melalui laser ke dan dari jauh di luar Bulan untuk pertama kalinya.

Eksperimen DSOC milik NASA telah memancarkan laser inframerah-dekat (near-infrared laser) yang dikodekan dengan data uji dari jarak hampir 10 juta mil (16 juta kilometer) jauhnya. Jarak ini sekitar 40 kali lebih jauh jarak Bulan dari Bumi tepatnya di Teleskop Hale di Palomar, Caltech, San Diego County, California. Percobaan pada jarak tersebut diklaim sebagai demonstrasi komunikasi optik terjauh yang pernah ada.

Dengan menaiki pesawat luar angkasa Psyche yang baru diluncurkan, DSOC dikonfigurasi untuk mengirimkan data uji bandwidth tinggi ke Bumi selama demonstrasi teknologi dua tahunnya saat Psyche melakukan perjalanan ke sabuk asteroid utama antara Mars dan Jupiter. Misi ini dan percobaan tersebut dijalankan oleh Laboratorium Propulsi Jet NASA di California selatan.

Demo teknologi tersebut mencapai "cahaya pertama" pada dini hari tanggal 14 November 2023 setelah instrumen transceiver laser mutakhir di atas pesawat Psyche yang mampu mengirim dan menerima sinyal infra merah dekat, mengunci suar laser uplink yang kuat yang ditransmisikan dari Optik Laboratorium Teleskop Komunikasi di Fasilitas Table Mountain JPL dekat Wrightwood, California.

Suar uplink membantu transceiver mengarahkan laser downlink-nya kembali ke Palomar yang berjarak 100 mil atau 130 kilometer di selatan Table Mountain, sementara sistem otomatis pada transceiver dan stasiun Bumi menyempurnakan penerimaannya.

"Pencapaian cahaya pertama adalah salah satu dari banyak tonggak penting DSOC dalam beberapa bulan mendatang, membuka jalan menuju komunikasi dengan kecepatan data lebih tinggi yang mampu mengirimkan informasi ilmiah, citra definisi tinggi, dan streaming video untuk mendukung lompatan besar umat manusia berikutnya: mengirim manusia ke Mars," kata Direktur Demonstrasi Teknologi di Markas Besar NASA di Washington, Trudy Kortes, dikutip dari phys.org.

Data uji juga dikirim secara bersamaan melalui laser uplink dan downlink, sebuah prosedur yang dikenal sebagai "tautan tertutup" (closing the link) yang merupakan tujuan utama percobaan. Meskipun demonstrasi teknologi tersebut tidak mengirimkan data misi Psyche, namun ia bekerja sama dengan tim pendukung misi Psyche untuk memastikan operasi DSOC tidak mengganggu operasi pesawat luar angkasa.

"Pengujian pada Selasa pagi adalah uji coba pertama yang sepenuhnya menggabungkan aset darat dan transceiver penerbangan, sehingga tim operasi DSOC dan Psyche harus bekerja bersama-sama," kata Meera Srinivasan, pimpinan operasi DSOC di JPL.

"Ini adalah tantangan yang berat, dan kami memiliki banyak pekerjaan yang harus dilakukan, namun dalam waktu singkat, kami dapat mengirimkan, menerima, dan memecahkan kode beberapa data," tambah dia.

Sebelum pencapaian ini, proyek ini perlu melakukan beberapa pencapaian lainnya, mulai dari melepas penutup pelindung untuk transceiver laser penerbangan hingga menyalakan instrumen. Sementara itu, pesawat luar angkasa Psyche sedang melakukan pemeriksaan sendiri, termasuk menyalakan sistem propulsinya dan menguji instrumen yang akan digunakan untuk mempelajari asteroid Psyche ketika tiba di sana pada tahun 2028.

Cahaya dan Bit Pertama

Dengan keberhasilan penerangan pertama, tim DSOC kini akan berupaya menyempurnakan sistem yang mengontrol penunjukan laser downlink pada transceiver. Setelah tercapai, proyek ini dapat memulai demonstrasi pemeliharaan transmisi data bandwidth tinggi dari transceiver ke Palomar pada berbagai jarak dari Bumi.

Data ini berbentuk bit sebuah unit data terkecil yang dapat diproses komputer, yang dikodekan dalam foton laser partikel cahaya kuantum. Setelah rangkaian detektor superkonduktor efisiensi tinggi khusus mendeteksi foton, teknik pemrosesan sinyal baru digunakan untuk mengekstrak data dari foton tunggal yang tiba di Teleskop Hale.

Eksperimen DSOC bertujuan untuk menunjukkan kecepatan transmisi data 10 hingga 100 kali lebih besar daripada sistem frekuensi radio canggih yang digunakan pesawat luar angkasa saat ini. Komunikasi radio dan laser inframerah-dekat menggunakan gelombang elektromagnetik untuk mengirimkan data, namun cahaya inframerah-dekat mengemas data menjadi gelombang yang jauh lebih rapat, sehingga memungkinkan stasiun bumi menerima lebih banyak data.

Hal ini akan membantu misi eksplorasi manusia dan robot di masa depan serta mendukung instrumen sains dengan resolusi lebih tinggi.

"Komunikasi optik merupakan keuntungan bagi para ilmuwan dan peneliti yang selalu menginginkan lebih dari misi luar angkasa mereka, dan akan memungkinkan eksplorasi manusia di luar angkasa," kata Dr Jason Mitchell, Direktur Divisi Teknologi Komunikasi dan Navigasi Tingkat Lanjut di Komunikasi dan Navigasi Luar Angkasa NASA. (SCaN). "Lebih banyak data berarti lebih banyak penemuan," imbuh dia.

Meskipun komunikasi optik telah dibuktikan di orbit rendah Bumi dan ke bulan, DSOC adalah tes pertama di luar angkasa. Demonstrasi ini juga perlu mengimbangi waktu yang dibutuhkan cahaya untuk melakukan perjalanan dari pesawat luar angkasa ke Bumi dalam jarak yang sangat jauh.

Pada jarak terjauh Psyche dari planet kita, foton inframerah-dekat DSOC akan membutuhkan waktu sekitar 20 detik untuk melakukan perjalanan dari Psyche ke Bumi selama tes 14 November. Pada saat itu, pesawat luar angkasa dan planet akan bergerak, sehingga laser uplink dan downlink perlu menyesuaikan dengan perubahan lokasi.

"Mencapai cahaya pertama adalah pencapaian yang luar biasa. Sistem darat berhasil mendeteksi foton laser luar angkasa dari transceiver penerbangan DSOC di kapal Psyche," kata Abi Biswas, ahli teknologi proyek DSOC di JPL. "Dan kami juga dapat mengirimkan beberapa data, yang berarti kami dapat bertukar 'sedikit cahaya' dari dan ke luar angkasa," ujar dia. hay/I-1