Ha sido un gran año para las comunicaciones láser en el espacio. En octubre y noviembre, la NASA lanzó dos demostraciones pioneras para probar enlaces de comunicación óptica de gran ancho de banda, y estas demostraciones tecnológicas ahora están mostrando algunos resultados iniciales.
El 11 de diciembre, una terminal de comunicaciones láser a bordo de la nave espacial Psyche de la NASA en camino a un asteroide se conectó con un receptor en el sur de California. El rayo láser de infrarrojo cercano contenía un mensaje codificado en forma de un vídeo de ultra alta definición de 15 segundos que mostraba a un gato saltando alrededor de un sofá, persiguiendo la luz de un juguete láser comprado en una tienda.
Las comunicaciones láser ofrecen el beneficio de transmitir datos a una velocidad mayor que la que se puede lograr con enlaces de radio convencionales. De hecho, el experimento de Comunicaciones Ópticas en el Espacio Profundo (DSOC) en la nave espacial Psyche está probando tecnologías capaces de enviar datos a velocidades de 10 a 100 veces mayores que las posibles en misiones anteriores.
«Estamos buscando aumentar la cantidad de datos que podemos enviar a la Tierra, y eso tiene muchas ventajas para nosotros», dijo Jeff Volosin, administrador asociado adjunto interino del programa de navegación y comunicaciones espaciales de la NASA, antes del lanzamiento de Psyche. a principios de este año.
Ahora, DSOC ha establecido un récord de distancia más lejana transmitida desde el espacio un vídeo de alta definición. En ese momento, Psyche viajaba a 31 kilómetros (19 millones de millas) de la Tierra, aproximadamente 80 veces la distancia entre la Tierra y la Luna. Viajando a la velocidad de la luz, la señal de vídeo tardó 101 segundos en llegar a la Tierra y se envió a la velocidad de bits máxima del sistema de 267 megabits por segundo, dijo la NASA.
Un experimento lúdico
Después de llegar al receptor en el Observatorio Palomar en el condado de San Diego, cada cuadro de video se transmitió «en vivo» al Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA en Pasadena, California, donde se reprodujo en tiempo real, según la NASA.
“Uno de los objetivos es demostrar la capacidad de transmitir vídeo de banda ancha a lo largo de millones de kilómetros. Nada en Psyche genera datos de vídeo, por lo que normalmente enviamos paquetes de datos de prueba generados aleatoriamente”, dijo Bill Klipstein, director del proyecto de demostración técnica en JPL, en un comunicado. «Pero para hacer que este importante evento sea más memorable, decidimos trabajar con diseñadores de JPL para crear un video divertido que capture la esencia de la demostración como parte de la misión Psyche».
El vídeo de Taters, el gato atigrado naranja de un empleado del JPL, fue grabado antes del lanzamiento de Psyche y almacenado en la nave espacial para esta demostración. La sonda robótica se lanzó el 13 de octubre a bordo de un cohete Falcon Heavy de SpaceX, con el objetivo principal de volar al asteroide Psyche, un mundo rico en metales en el cinturón de asteroides entre las órbitas de Marte y Júpiter.
La sonda Psyche tardará seis años en llegar a su destino, y la NASA añadió un experimento de comunicaciones láser para ayudar a mantener ocupada la nave espacial durante el crucero. Desde el lanzamiento en octubre, los equipos terrestres del JPL activaron el experimento de Comunicaciones Ópticas del Espacio Profundo (DSOC) y lo ejecutaron en algunas de las primeras pruebas.
Uno de los desafíos técnicos más importantes involucrados en el experimento DSOC fue alinear el telescopio óptico de 8,6 pulgadas (22 centímetros) a bordo de Psyche con un transmisor y receptor instalados en telescopios terrestres en California y viceversa. Debido a que Psyche está acelerando a través del espacio profundo, este problema es similar a tratar de golpear una moneda de diez centavos desde una milla de distancia mientras la moneda se mueve, según Abi Biswas, tecnólogo del proyecto DSOC en el JPL.
Una vez que se logra esa hazaña, la señal que se recibe sigue siendo muy débil y, por lo tanto, requiere detectores y componentes electrónicos de procesamiento muy sensibles que puedan tomar esa señal y extraer la información codificada en ella», dijo Biswas.
Según la NASA, el telescopio a bordo de Psyche está montado sobre un conjunto de aislamiento y orientación para estabilizar la óptica y aislarla de las vibraciones de la nave espacial. Esto es necesario para eliminar las inquietudes que podrían impedir un bloqueo láser estable entre la Tierra y la nave espacial Psyche.
«Lo que permiten las comunicaciones ópticas o láser es alcanzar velocidades de datos muy altas, pero el inconveniente es que se trata de un rayo láser muy estrecho que requiere un control de orientación muy preciso», dijo Biswas a los periodistas antes del lanzamiento. «Por ejemplo, la perturbación de la plataforma por una nave espacial típica desviaría el apuntamiento, por lo que es necesario aislarse activamente de ella o controlarla.
«Para las misiones cercanas a la Tierra, puedes simplemente controlarlo porque tienes suficiente ancho de banda de control», dijo. «Desde el espacio profundo, donde las señales recibidas son muy débiles, no se tiene tanto control del ancho de banda, por lo que hay que aislarse de las perturbaciones».
Hay otro inconveniente de las comunicaciones láser directas a la Tierra desde el espacio. La cobertura de nubes sobre los telescopios transmisores y receptores en la Tierra podría bloquear las señales, por lo que una red de comunicaciones ópticas operativa requerirá varios nodos terrestres en diferentes lugares del mundo, idealmente ubicados en áreas conocidas por tener cielos despejados.