Con un lanzamiento programado para este verano, el satélite LCRD (Demostración de Relés de Comunicaciones Láser) mostrará los poderes dinámicos de las tecnologías de comunicaciones láser. Con la presencia humana y robótica cada vez mayor de la NASA en el espacio, las misiones pueden beneficiarse de una nueva forma de "hablar" con la Tierra.

Desde el comienzo de los vuelos espaciales en la década de 1950, las misiones de la NASA han aprovechado las comunicaciones por radiofrecuencia para enviar datos desde y hacia el espacio. Las comunicaciones láser, también conocidas como comunicaciones ópticas, potenciarán aún más las misiones con capacidades de datos sin precedentes.

¿Por qué láseres?

A medida que los instrumentos científicos evolucionan para capturar datos de alta definición como video 4K, las misiones necesitarán formas rápidas de transmitir información a la Tierra. Con las comunicaciones láser, la NASA puede acelerar significativamente el proceso de transferencia de datos y potenciar más descubrimientos.

Las comunicaciones láser permitirán que se transmitan de 10 a 100 veces más datos a la Tierra que los sistemas de radiofrecuencia actuales. Se necesitarían aproximadamente nueve semanas para transmitir un mapa completo de Marte a la Tierra con los sistemas de radiofrecuencia actuales. Con láseres, llevaría unos nueve días.

Además, los sistemas de comunicaciones láser son ideales para misiones porque necesitan menos volumen, peso y potencia. Menos masa significa más espacio para los instrumentos científicos, y menos energía significa menos drenaje de los sistemas de energía de las naves espaciales. Todas estas son consideraciones de importancia crítica para la NASA al diseñar y desarrollar conceptos de misión.

“LCRD demostrará todas las ventajas de usar sistemas láser y nos permitirá aprender cómo usarlos mejor operativamente”, dijo el investigador principal David Israel en el Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland. "Con esta capacidad más probada, podemos comenzar a implementar comunicaciones láser en más misiones, convirtiéndola en una forma estandarizada de enviar y recibir datos".
 

¿Cómo Trabaja?

Tanto las ondas de radio como la luz infrarroja son radiación electromagnética con longitudes de onda en diferentes puntos del espectro electromagnético. Al igual que las ondas de radio, la luz infrarroja es invisible para el ojo humano, pero la encontramos todos los días con cosas como en mando de la televisión y lámparas de calor.

Las misiones modulan sus datos en las señales electromagnéticas para atravesar las distancias entre las naves espaciales y las estaciones terrestres de la Tierra. A medida que viaja la comunicación, las ondas se extienden.

La luz infrarroja utilizada para las comunicaciones láser se diferencia de las ondas de radio porque la luz infrarroja empaqueta los datos en ondas significativamente más estrechas, lo que significa que las estaciones terrestres pueden recibir más datos a la vez. Si bien las comunicaciones láser no son necesariamente más rápidas, se pueden transmitir más datos en un enlace descendente.

Los terminales de comunicaciones láser en el espacio utilizan anchos de haz más estrechos que los sistemas de radiofrecuencia, proporcionando "huellas" más pequeñas que pueden minimizar la interferencia o mejorar la seguridad al reducir drásticamente el área geográfica donde alguien podría interceptar un enlace de comunicaciones. Sin embargo, un telescopio de comunicaciones láser que apunta a una estación terrestre debe ser exacto cuando se transmite desde miles o millones de kilómetros de distancia. Una desviación de incluso una fracción de grado puede hacer que el láser pierda su objetivo por completo. Al igual que un mariscal de campo que lanza una pelota de fútbol a un receptor, el mariscal de campo necesita saber dónde enviar la pelota, es decir, la señal, para que el receptor pueda atrapar la pelota con calma. Los ingenieros de comunicaciones láser de la NASA han diseñado intrincadamente misiones láser para garantizar que esta conexión pueda suceder.

Demostración de Relés de Comunicaciones Láser (LCSD)

Ubicado en órbita geosincrónica, a unos 35.400 kilómetros sobre la Tierra, LCRD podrá apoyar misiones en la región cercana a la Tierra. LCRD pasará sus primeros dos años probando las capacidades de comunicaciones láser con numerosos experimentos para refinar aún más las tecnologías láser, aumentando nuestro conocimiento sobre posibles aplicaciones futuras.

La fase de experimento inicial de LCRD aprovechará las estaciones terrestres de misiones en California y Hawai, las estaciones terrestres ópticas 1 y 2, como usuarios simulados. Esto permitirá a la NASA evaluar las perturbaciones atmosféricas en los láseres y practicar el cambio de soporte de un usuario a otro. Después de la fase de experimento, LCRD pasará a apoyar misiones espaciales, enviando y recibiendo datos hacia y desde satélites a través de láseres infrarrojos para demostrar los beneficios de un sistema de retransmisión de comunicaciones por láser.

El primer usuario en el espacio de LCRD será el terminal de amplificador y módem de usuario de órbita terrestre baja LCRD integrado de la NASA (ILLUMA-T), que se lanzará a la Estación Espacial Internacional en 2022. El terminal recibirá datos científicos de alta calidad de experimentos e instrumentos a bordo de la Estación Espacial y luego transferirá estos datos a LCRD a 1,2 gigabits por segundo. Luego, LCRD lo transmitirá a las estaciones terrestres a la misma velocidad.

LCRD e ILLUMA-T siguen la innovadora demostración de comunicaciones láser lunar de 2013, que transmitió datos a través de una señal láser a 622 megabits por segundo, lo que demuestra las capacidades de los sistemas láser en la Luna. La NASA tiene muchas otras misiones de comunicaciones láser actualmente en diferentes etapas de desarrollo. Cada una de estas misiones aumentará nuestro conocimiento sobre los beneficios y desafíos de las comunicaciones láser y estandarizará aún más la tecnología.

Está previsto que LCRD se lance como carga útil en una nave espacial del Departamento de Defensa el 23 de Junio de 2021. LCRD es una carga útil de la NASA a bordo del Programa de Pruebas Espaciales Satellite-6 (STPSat-6) del Departamento de Defensa. STPSat-6, parte de la tercera misión del Programa de Prueba Espacial (STP-3), se lanzará en un cohete Altas V 551 de United Launch Alliance desde la Estación de la Fuerza Espacial de Cabo Cañaveral en Florida. STP es operado por el Centro Espacial de Sistemas y Misiles de la Fuerza Espacial de los Estados Unidos.