Puede ser un desafío comunicarse en el espacio. Pero en las primeras horas del 7 de diciembre, La NASA lanzó su demostración de relé de comunicaciones láser (LCRD), que planea mejorar las comunicaciones espacio-tierra con un concepto popular de ciencia ficción: láseres invisibles.
Aprovechando la tecnología de Demostración de comunicaciones láser lunar 2013 de la NASA, LCRD transmitirá datos a la Tierra a 1,2 gigabits por segundo, aproximadamente el doble de la velocidad de retransmisión de su predecesor. Eso es lo suficientemente rápido como para descargar una película completa de Denis Villeneuve en menos de un minuto.
Glenn Jackson, gerente del proyecto de carga útil de LCRD, dice que la demostración podría algún día ayudar a envolver las redes de Internet alrededor de la Luna e incluso Marte. “Actualmente usamos radiofrecuencia para mover datos y videos a la Tierra”, dice Jackson. “La comunicación láser aumenta ese ancho de banda y nos permite llevar más datos a la Tierra de astronautas y misiones científicas”.
¿Cómo funciona la comunicación láser?
Las comunicaciones láser, también denominadas comunicaciones ópticas, utilizan la luz para transmitir información. La tecnología ya existe en la Tierra en elementos cotidianos como controles remotos de TV y lámparas de calor, pero generalmente se usa en una escala mucho más pequeña que la que la NASA planea construir mientras explora el sistema solar.
Durante décadas, los astronautas e ingenieros se basaron únicamente en ondas de radio, o frecuencias electromagnéticas, para enviar mensajes entre la nave espacial y la Tierra. Pero debido a que las señales de radio viajan a la velocidad de la luz, como la luz, se difunden a grandes distancias.
Esta difusión puede causar retrasos en la transmisión y podría poner en peligro una misión si los científicos no pueden llegar a una nave espacial lo suficientemente rápido como para ayudarla a salir de una situación complicada. Uno de los casos más famosos de un percance en las comunicaciones ocurrió en 2020, cuando Estación de Espacio Profundo 43—La única antena de radio en la Tierra que podía comunicarse con la misión espacial más larga de la NASA, la Voyager 2— fue cerrada por mantenimiento. La agencia perdió inmediatamente la capacidad de enviar comandos a la nave espacial veterana, hasta que pudo restablecer el contacto casi un año después.
[Related: 7 science fiction inventions that became a reality]
Para evitar este tipo de catástrofe y acelerar las comunicaciones espaciales, la última demostración de la agencia planea usar láseres infrarrojos para enviar información a la Tierra. A diferencia de las ondas de radio, los láseres generan un haz de luz muy estrecho, lo que significa que pueden viajar grandes distancias sin verse afectados por la difusión. Estos rayos también son invisibles a menos que se disparen directamente al ojo, porque en el espacio, no hay nada en lo que rebotar.
Al utilizar una longitud de onda de energía más corta que las ondas de radio, las comunicaciones láser permitirán a los científicos enviar entre 10 y 100 veces más datos que los sistemas de radio convencionales en la actualidad. pero como funciona?
A bordo, LCRD tiene una potente electrónica de alta velocidad que ayuda a controlar su rendimiento, así como dos módulos ópticos, o telescopios, que cada uno tiene su propio propósito. Un telescopio recibe datos de las naves espaciales del usuario, mientras que el otro los transmite de regreso al suelo. Según la NASA, si bien los sistemas de radio a bordo de una nave espacial actual demoran alrededor de nueve semanas en transmitir un mapa completo de Marte, la tecnología láser podría reducir ese tiempo a nueve días.
¿Cuál es exactamente la misión de LCRD?
Después de que su salida original de Cabo Cañaveral se había retrasado en numerosas ocasiones debido a una fuga de queroseno en su sistema de almacenamiento de combustible, esta semana LCRD finalmente recibió luz verde para lanzarse como una de las dos cargas útiles en el Satélite del Programa de Pruebas Espaciales de la Fuerza Espacial de los Estados Unidos: 6 misión. El cohete Atlas V se pudo ver durante aproximadamente dos minutos después del despegue, ya que ganó suficiente velocidad (más de 2,200 millas por hora) para dejar la atmósfera de la Tierra.
Actualmente, LCRD se encuentra en órbita geosincrónica a más de 22,000 millas sobre la Tierra (aproximadamente una décima parte del camino a la luna) donde pasará dos años sometiéndose a pruebas y experimentos antes de comenzar a respaldar misiones científicas. Comenzará a encenderse en enero y los científicos de la NASA deberían poder realizar experimentos con él en marzo.
Para el primer relé óptico de extremo a extremo de la agencia, los satélites que orbitan el planeta transmitirán datos a dos estaciones terrestres en California y Hawai. Pero los láseres no son completamente invencibles, al igual que las nubes bloquean el sol, también pueden interrumpir las señales láser, lo que significa que las estaciones terrestres de la NASA debían ubicarse en áreas de gran altitud y un clima históricamente bueno. Si todo va según lo planeado, en 2022, los astronautas a bordo de la Estación Espacial Internacional estarán entre los primeros en usar LCRD para transferir datos científicos de varios instrumentos a la Tierra.
Durante el lanzamiento, Kathy Lueders, administradora asociada de la dirección de misión de operaciones espaciales de la NASA, dijo que la demostración de LCRD no solo es un salto importante para las comunicaciones espacio-tierra, sino que la tecnología es imperativa para el éxito de Artemis, la próxima iteración de misiones estadounidenses tripuladas. .
“Necesitamos mejorar nuestros sistemas de comunicaciones para poder realizar actividades de vuelos espaciales tripulados alrededor de la luna”, dijo Lueders. Si la demostración falla, señaló, podría retrasar las comunicaciones de la NASA entre cinco y diez años.
¿Por qué es un gran problema?
A medida que el espacio se vuelve más concurrido y los satélites recopilan más datos, las comunicaciones láser ofrecen una alternativa más económica y más rápida a la tecnología actual. Si bien el sistema no reemplazará los métodos tradicionales en el corto plazo, Leuders dijo que es fácil imaginar la radio como una conexión de acceso telefónico y los láseres como Internet de alta velocidad.
[Related: What we learn from noisy signals from deep space]
Aunque toda la carga útil es tan grande como un colchón de tamaño king, aún es más compacto y usa menos energía que los sistemas de radio más fuertes, lo que lo hace ideal para misiones que necesitarán espacio de carga adicional. Y en el sistema solar, esos detalles podrían significar la diferencia entre el fracaso de la misión y el éxito de la misión.
“[Laser communication] disminuye la cantidad de peso y energía necesarios en las naves espaciales y la exploración espacial para comunicarse ”, dice Jackson. Eso significa que hay más espacio para elementos como combustible, herramientas de imágenes y, algún día, tal vez incluso astronautas.
Vincent Chan, profesor de ingeniería eléctrica e informática en el Instituto de Tecnología de Massachusetts, cree que el día en que las comunicaciones ópticas se conviertan en un producto comercial llegará relativamente pronto. Dice que debido a la influencia de empresas como SpaceX y Blue Origin, el futuro de la tecnología láser es brillante.
“La óptica para largas distancias siempre tiene una ventaja”, dice Chan. Además de LCRD, la NASA también está planeando desarrollar más misiones que probarán las capacidades del láser, incluida la Sistema de comunicaciones ópticas Orion Artemis II y una carga útil a bordo Psique, una nave espacial que probará cómo les va a los láseres en entornos del espacio profundo.