Europejska Agencja Kosmiczna (ESA) potwierdziła wyjątkowy sukces w demonstracji rewolucyjnej technologii, która na zawsze zmieni sposób, w jaki komunikujemy się z misjami w dalekim kosmosie. Latem 2025 roku przeprowadzono serię czterech udanych testów komunikacji optycznej z sondą kosmiczną NASA Psyche, która obecnie znajduje się w odległości ponad 300 milionów kilometrów od Ziemi. Wszystkie cztery próby ustanowienia połączenia laserowego, z których każda była technicznie bardziej wymagająca od poprzedniej, zakończyły się pełnym sukcesem, demonstrując gotowość Europy na nową erę internetu międzyplanetarnego.

Ten wyczyn technologiczny to nie tylko test; stanowi on kluczowy krok w kierunku przyszłości, w której ogromne ilości danych, w tym filmy w wysokiej rozdzielczości i złożone dane naukowe, będą mogły być przesyłane z Marsa, Jowisza i dalej niemal w czasie rzeczywistym. W przeciwieństwie do tradycyjnych fal radiowych (RF), które są używane od dziesięcioleci, wiązki laserowe oferują znacznie wyższe prędkości transmisji danych, umożliwiając przesyłanie informacji naukowych w wysokiej rozdzielczości, filmów i telemetrii w ilościach dotychczas niewyobrażalnych. Komunikacja optyczna wykorzystuje fotony światła do przesyłania informacji, co pozwala na znacznie węższe i bardziej skoncentrowane wiązki, zmniejszając tym samym utratę sygnału na ogromnych odległościach i wymagając mniejszych i lżejszych systemów komunikacyjnych na samych sondach.

Historyczny sygnał laserowy z Europy w daleki kosmos

Pierwszy kluczowy moment w tej ambitnej kampanii miał miejsce 7 lipca 2025 roku. Tego wieczoru przenośny naziemny nadajnik laserowy (Ground Laser Transmitter - GLT) ESA, tymczasowo zainstalowany w obserwatorium Kryoneri w Grecji, wystrzelił precyzyjnie ukierunkowaną wiązkę laserową w kierunku obliczonej pozycji sondy NASA Psyche. Sonda, wystrzelona w celu zbadania metalicznej asteroidy o tej samej nazwie, która uważana jest za pozostałość jądra starożytnej protoplanety, stała się idealnym partnerem w tym pionierskim przedsięwzięciu dzięki eksperymentalnemu systemowi komunikacji optycznej w dalekim kosmosie (Deep Space Optical Communications - DSOC) NASA, który ma na pokładzie.

Po około piętnastu minutach, czyli czasie potrzebnym światłu na pokonanie ogromnej odległości, instrument DSOC na pokładzie Psyche z powodzeniem wykrył nadchodzący sygnał. Niemal natychmiast system odpowiedział własną wiązką laserową skierowaną z powrotem w stronę Ziemi. Ten sygnał zwrotny został przechwycony przez naziemny odbiornik laserowy (Ground Laser Receiver - GLR) ESA, znajdujący się w obserwatorium Helmos, oddalonym o około 37 kilometrów od nadajnika w Kryoneri. Cała pętla komunikacyjna, od wysłania do otrzymania odpowiedzi, trwała około 30 minut i tym samym przeszła do historii jako pierwsze udane połączenie optyczne z sondą w dalekim kosmosie zrealizowane z terytorium Europy. Na potrzeby kampanii te dwa greckie obserwatoria, zwykle przeznaczone do obserwacji astronomicznych, zostały tymczasowo przekształcone w potężny duet komunikacyjny.

Wytrwałość i stabilność: Utrzymanie połączenia na kosmicznych odległościach

Po początkowym sukcesie zespoły ESA skupiły się na kolejnym, jeszcze większym wyzwaniu: utrzymaniu ciągłego i stabilnego połączenia z sondą poruszającą się z dużą prędkością. Dwa kolejne testy były poświęcone właśnie temu. „Te próby pozwoliły nam zapewnić sondzie najstabilniejszy możliwy naziemny ‘sygnalizator’ laserowy, aby mogła niezawodnie przesyłać dane do naszego odbiornika na Ziemi” – wyjaśnił Clemens Heese, szef działu technologii optycznych ESA i kierownik projektu demonstracji DSOC.

Wysiłek się opłacił. Technika zadziałała bezbłędnie, a podczas trzeciej próby zespołowi udało się odebrać nieprzerwany strumień danych z prędkością 1,3 megabita na sekundę (Mbps). Z powodzeniem zdekodowano wszystkie otrzymane informacje, które dotarły z odległości około dwukrotnie większej niż odległość Ziemi od Słońca. Osiągnięcie takiej stabilności na tak ekstremalnej odległości wymagało niesamowitej precyzji celowania i ciągłych korekt w celu skompensowania ruchu Ziemi, obrotu planety i trajektorii samej sondy.

Punkt kulminacyjny kampanii: Polowanie na fotony i kot, który podbił Układ Słoneczny

Czwarty i ostatni test przesunął granice możliwości. Tym razem odbiornik w obserwatorium Helmos śledził sondę, gdy znajdowała się nisko na horyzoncie, co oznacza, że sygnał musiał przechodzić przez gęstszą i bardziej turbulentną część atmosfery ziemskiej. Turbulencje atmosferyczne są największym wrogiem komunikacji optycznej, ponieważ „migotanie” wiązek może spowodować przerwanie połączenia. Mimo to, zaawansowany system w Helmos, którego detektor był chłodzony do temperatury zaledwie 1 Kelvina (-272,15 °C), aby mógł rejestrować pojedyncze fotony, z powodzeniem śledził Psyche.

W przeciwieństwie do poprzednich transmisji, które zawierały dane testowe, ta przyniosła nieoczekiwaną i sympatyczną niespodziankę. Z odległości ponad 300 milionów kilometrów, z prędkością sięgającą 1,8 Mbps, dotarł filmik z kotem o imieniu Tater goniącym za kropką lasera. Ten pomysł, opracowany przez Laboratorium Napędu Odrzutowego (JPL) NASA, nie był tylko żartem, ale sprytną demonstracją zdolności systemu do przesyłania wideo w wysokiej rozdzielczości na odległościach międzyplanetarnych, otwierając drzwi do przyszłych transmisji na żywo z innych planet.

Andrea Di Mira, kierownik projektu GLT z ramienia ESA, podkreślił złożoność tej operacji: „Dzięki czwartemu połączeniu przekroczyliśmy próg odległości dwóch jednostek astronomicznych. Wymagało to niezwykle złożonej operacji z równoległymi działaniami. Czas powrotu sygnału wynoszący około 34 minuty pozostawiał nam bardzo mało miejsca na dostosowanie kątów celowania lasera. Każde działanie było starannie zaplanowane, przygotowaliśmy scenariusze zapasowe i precyzyjnie skalibrowaliśmy każdy system, aby nasze wiązki o dużej mocy były wyrównane z dokładnością jednej sekundy łuku i utrzymywane stabilnie w kierunku Psyche.”

Skomplikowana orkiestracja za kulisami

Podczas wszystkich czterech testów obserwatorium Helmos służyło nie tylko jako siedziba odbiornika, ale także jako główne centrum operacyjne ESA. Stamtąd zespół koordynował każdy przelot sondy, w tym komunikację między GLR, GLT a zespołem terminala lotnego DSOC w JPL w Południowej Kalifornii. Ze względu na ogromne odległości i opóźnienia sygnału, każda czynność musiała być z góry przewidziana i skoordynowana.

„To było jak dyrygowanie orkiestrą: każdy ruch musiał być idealnie zsynchronizowany w czasie, aby każda decyzja przybliżała nas do optymalnego punktu śledzenia Psyche i maksymalizacji odbioru sygnału” – powiedziała Sinda Mejri, kierownik projektu GLR z ramienia ESA. „Zespół terminala lotnego w JPL nieustannie przesyłał nam metryki siły sygnału z sondy z powrotem do Grecji, podczas gdy my wykonywaliśmy z góry zdefiniowane drzewo decyzyjne, aby dostosować wzorce skanowania i kierowanie wiązką.”

Spojrzenie w przyszłość: Od analizy danych do misji na Marsa

Po pomyślnym zakończeniu kampanii zebrane dane zostaną poddane szczegółowej analizie w celu oceny wydajności każdego systemu i dalszego udoskonalenia technologii. Planowana jest modernizacja teleskopu Helmos w celu poprawy jego możliwości, a także rozważane są przyszłe działania dla nadajnika GLT. Już teraz prowadzone są rozmowy na temat potencjalnych nowych eksperymentów na niebie w 2026 roku.

Mehran Sarkarati, szef działu inżynierii stacji naziemnych ESA, podkreślił strategiczne znaczenie tego sukcesu: „Autonomiczna i odporna łączność jest kluczowa dla suwerenności, nie tylko na Ziemi, ale także w kosmosie. Ta demonstracja stanowi kluczowy krok w kierunku ustanowienia europejskiego dostępu do sieci komunikacji optycznej o dużej przepustowości dla Księżyca, Marsa i dalej.” Ten sukces kładzie podwaliny pod proponowany przez ESA program ASSIGN (Advancing Solar System Internet and GrouNd), który zostanie przedstawiony na radzie ministerialnej ESA w listopadzie.

Patrząc jeszcze dalej w przyszłość, ESA obecnie bada koncepcję marsjańskiego holownika o napędzie elektrycznym, nazwanego „LightShip”, który transportowałby załogowe statki kosmiczne na Marsa. Po pozostawieniu pasażerów, LightShip przeniósłby się na orbitę serwisową, skąd świadczyłby usługi komunikacyjne i nawigacyjne za pośrednictwem systemu MARCONI (MARs COmmunication and Navigation Infrastructure). Częścią tego systemu będzie również demonstrator komunikacji optycznej, jako krok na drodze do wspierania przyszłych misji załogowych na Czerwoną Planetę.