Las comunicaciones ópticas, que transmiten datos mediante láseres infrarrojos, tienen el potencial de ayudar a la NASA a devolver más datos a la Tierra que nunca. Los beneficios de esta tecnología para las misiones de exploración y ciencias de la Tierra son enormes. En apoyo de una misión para demostrar esta tecnología, la NASA completó recientemente la instalación de su estación terrestre óptica más nueva en Haleakala, Hawai.

La estación terrestre de última generación, llamada Optical Ground Station 2 (OGS-2), es la segunda de dos estaciones terrestres ópticas que se construirán y que recopilarán datos transmitidos a la Tierra por la Demostración de retransmisiones de comunicaciones láser (LCRD) de la NASA. Con fecha de lanzamiento prevista a principios de 2021, esta misión pionera será el eje del primer sistema operativo de retransmisión de comunicaciones ópticas de la NASA. Si bien otros esfuerzos de la NASA han utilizado comunicaciones ópticas, este será el primer sistema de retransmisión de la NASA que utilice completamente ópticas, lo que le dará a la NASA la oportunidad de probar este método de comunicaciones y aprender lecciones valiosas de su implementación. Los satélites de retransmisión crean vínculos de comunicación críticos entre las misiones científicas y de exploración y la Tierra, lo que permite que estas misiones transmitan datos importantes a los científicos y administradores de misiones en casa.

Si bien las comunicaciones ópticas brindan a las misiones muchas ventajas, pueden verse afectadas por interferencias atmosféricas como las nubes. OGS-2 fue elegida para ubicarse en Hawai debido a sus cielos despejados, pero aún puede ocurrir mal tiempo. En un día nublado, LCRD tendría que esperar antes de transmitir datos. Para evitar retrasos, los servicios pueden transferirse a otra estación terrestre desarrollada por el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA; OGS-1, ubicada en Table Mountain, California. Para monitorear la cobertura de nubes y determinar si se necesita OGS-1, el socio comercial Northrop Grumman proporcionó una estación de monitoreo atmosférico que observa las condiciones climáticas en el sitio. Esta estación de monitoreo funciona de manera casi autónoma las 24 horas del día, los siete días de la semana.
 

LCRD y OGS-2 demostrarán las numerosas capacidades de las comunicaciones ópticas o láser para su uso como relé de comunicaciones. Las comunicaciones ópticas brindan importantes beneficios para las misiones, incluidos aumentos de la velocidad de datos de 10 a 100 veces más que los sistemas de comunicaciones por radio frecuencia comparables. Este aumento significa datos de mayor resolución para las misiones, lo que brinda a los científicos una visión mucho más detallada de nuestro planeta y sistema solar. Los beneficios también incluyen menores necesidades de energía, tamaño y peso, lo que significa una mayor duración de la batería, más espacio para instrumentos adicionales en las naves espaciales y posibles ahorros de costos en el lanzamiento debido a cargas útiles más ligeras.

"LCRD y sus estaciones terrestres demostrarán las comunicaciones ópticas como un relé, lo que significa que las misiones podrán transmitir datos desde puntos en su órbita sin una línea de visión directa de las estaciones terrestres", dijo Dave Israel, investigador principal de LCRD en el Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland. "En 2013, la demostración de comunicación láser lunar de la NASA estableció un récord de ancho de banda de comunicaciones espaciales desde la Luna utilizando comunicaciones ópticas con un sistema que requiere una línea de visión directa".

La Red Espacial de la NASA administra la integración, las pruebas y las operaciones de OGS-2 y eventualmente operará el LCRD. La Red Espacial supervisa una constelación de satélites de comunicaciones de la NASA, conocidos como satélites de seguimiento y retransmisión de datos, y sus estaciones terrestres asociadas, que incluyen el complejo White Sands en White Sands, Nuevo México. La red proporciona servicios de comunicaciones continuas a misiones en órbita terrestre baja a través de radiofrecuencia. Si bien la radiofrecuencia seguirá teniendo utilidad en las comunicaciones espaciales en el futuro, las crecientes necesidades de comunicaciones de muchas misiones exigen mayores velocidades de datos.

La instalación de OGS-2 fue un esfuerzo de colaboración entre instituciones gubernamentales, comerciales y académicas. El Laboratorio Lincoln del Instituto de Tecnología de Massachusetts proporcionó la terminal de prueba y diagnóstico, que consta de tres partes: un subsistema óptico, un subsistema digital y un controlador electrónico. Los tres componentes envían, reciben y procesan señales ópticas hacia y desde LCRD.

Las comunicaciones ópticas, a través del desarrollo de LCRD y sus dos terminales terrestres, podrían tener impactos de gran alcance para el conocimiento futuro de la Tierra y nuestro sistema solar. Las naves espaciales equipadas con sistemas de comunicaciones ópticas permitirán efectivamente que los datos mejorados, como el video de alta resolución, sean devueltos a la Tierra más rápido, gracias al aumento de las velocidades de datos. Con estos datos, los científicos observarán más de cerca nuestro universo con el potencial de descubrir nuevos y emocionantes descubrimientos.