¿Creías que la velocidad de tu Internet era lenta? Intenta ser un científico espacial por un día.

Las vastas distancias involucradas reducirán las velocidades de datos a un mínimo. Tiene suerte si una nave espacial puede enviar más de unos pocos megabits por segundo (Mbps), una miseria incluso para los estándares de acceso telefónico.

Pero podríamos estar en la cúspide de un cambio. Así como pasar del acceso telefónico a la banda ancha revolucionó Internet e hizo que las fotos de alta resolución y la transmisión de video fueran un hecho, La NASA puede estar lista para pasar por un momento similar de "banda ancha" en los próximos años.

La clave de esa revolución de datos serán los láseres. Durante casi 60 años, la forma estándar de "hablar" con las naves espaciales ha sido con ondas de radio, que son ideales para largas distancias. Pero las comunicaciones ópticas, en el que los datos se transmiten a través de una luz láser, puede aumentar esa tasa entre 10 y 100 veces.

Las altas velocidades de datos permitirán a los investigadores recopilar ciencia más rápido, estudiar eventos repentinos como tormentas de polvo o aterrizajes de naves espaciales, e incluso enviar video desde la superficie de otros planetas. La precisión milimétrica de las comunicaciones láser también se adapta bien a los objetivos de los planificadores de misiones de la NASA, que buscan enviar naves espaciales más lejos en el sistema solar.

"La tecnología láser es ideal para impulsar las comunicaciones de enlace descendente desde el espacio profundo, "dijo Abi Biswas, el supervisor del grupo de Sistemas de Comunicaciones Ópticas en el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA, Pasadena, California. "Eventualmente permitirá aplicaciones como darle a cada astronauta su propia transmisión de video, o enviando una resolución más alta, imágenes ricas en datos más rápido ".

Ciencia a la velocidad de la luz

Tanto la radio como los láseres viajan a la velocidad de la luz, pero los láseres viajan en un ancho de banda de mayor frecuencia. Eso les permite transportar más información que las ondas de radio, lo cual es crucial cuando recopila cantidades masivas de datos y tiene ventanas de tiempo estrechas para enviarlos de regreso a la Tierra.

Un buen ejemplo es el Mars Reconnaissance Orbiter de la NASA, que envía datos científicos a un máximo de 6 Mbps. Biswas estimó que si el orbitador usaba tecnología de comunicaciones láser con un uso de masa y energía comparable a su sistema de radio actual, probablemente podría aumentar la velocidad máxima de datos a 250 Mbps.

Eso todavía puede sonar increíblemente lento para los usuarios de Internet. Pero en la Tierra los datos se envían a distancias mucho más cortas y a través de una infraestructura que aún no existe en el espacio, por lo que viaja aún más rápido.

El aumento de las tasas de datos permitiría a los científicos dedicar más tiempo al análisis que a las operaciones de las naves espaciales.

"Es perfecto cuando las cosas suceden rápido y desea un conjunto de datos denso, "dijo Dave Pieri, un científico investigador y vulcanólogo del JPL. Pieri ha dirigido investigaciones anteriores sobre cómo las comunicaciones láser podrían usarse para estudiar erupciones volcánicas e incendios forestales casi en tiempo real. "Si tienes un volcán explotando frente a ti, desea evaluar su nivel de actividad y su propensión a seguir en erupción. Cuanto antes obtenga y procese esos datos, el mejor."

Esa misma tecnología podría aplicarse a criovolcanes en erupción en lunas heladas alrededor de otros planetas. Pieri señaló que, en comparación con la transmisión por radio de eventos como estos, "Las comunicaciones láser subirían la apuesta inicial en un orden de magnitud".

Nublando el futuro de los láseres

Eso no quiere decir que la tecnología sea perfecta para todos los escenarios. Los láseres están sujetos a más interferencias de las nubes y otras condiciones atmosféricas que las ondas de radio; señalar y sincronizar también son desafíos.

Los láseres también requieren una infraestructura terrestre que aún no existe. Red de espacio profundo de la NASA, un sistema de matrices de antenas ubicadas en todo el mundo, se basa íntegramente en tecnología de radio. Deberían desarrollarse estaciones terrestres que pudieran recibir láseres en lugares donde los cielos estén despejados de manera confiable.

La tecnología de radio no desaparecerá. Funciona con lluvia o con sol, y seguirá siendo eficaz para usos con pocos datos, como proporcionar comandos a naves espaciales.

Próximos pasos

Dos próximas misiones de la NASA ayudarán a los ingenieros a comprender los desafíos técnicos involucrados en la conducción de comunicaciones láser en el espacio. Lo que aprenderán hará que los láseres se conviertan en una forma común de comunicación espacial en el futuro.

Demostración del relé de comunicaciones láser (LCRD), dirigido por el Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland, se lanzará en 2019. LCRD demostrará la retransmisión de datos utilizando tecnología láser y de radiofrecuencia. Emitirá señales láser casi 25, 000 millas (40, 000 kilómetros) desde una estación terrestre en California hasta un satélite en órbita geoestacionaria, luego transmita esa señal a otra estación terrestre. JPL está desarrollando una de las estaciones terrestres en Table Mountain en el sur de California. Prueba de comunicaciones láser en órbita geoestacionaria, como hará LCRD, tiene aplicaciones prácticas para la transferencia de datos en la Tierra.

Comunicaciones ópticas de espacio profundo (DSOC), liderado por JPL, está programado para lanzarse en 2023 como parte de una próxima misión Discovery de la NASA. Esa misión Psique, Volará a un asteroide metálico, probar las comunicaciones láser desde una distancia mucho mayor que LCRD.

Se ha planeado que la misión Psyche lleve el dispositivo láser DSOC a bordo de la nave espacial. Efectivamente, la misión DSOC intentará dar en el blanco con un láser de espacio profundo y, debido a la rotación del planeta, golpeará un objetivo en movimiento, así como.

Proyectos pasados ​​y futuros de la NASA que involucran comunicaciones láser:

Nombre:Demostración de comunicaciones láser lunar (LLCD)

Dirigido por:Goddard Space Flight Center

Año 2013

Objetivo:Fue el primer sistema de la NASA para la comunicación bidireccional utilizando un láser en lugar de ondas de radio. Una velocidad de datos de enlace ascendente sin errores de 20 Mbps transmitidos desde una estación terrestre primaria en Nuevo México al Explorador de la atmósfera y el polvo lunar de la NASA (LADEE), una nave espacial orbitando la luna. Demostró una velocidad de enlace descendente sin errores de 622 Mbps, el equivalente a transmitir 30 canales de HDTV desde la luna.

Nombre:Carga útil óptica para Lasercomm Science (OPALS)

Dirigido por:JPL

Año 2014

Objetivo:Probar las comunicaciones láser desde la Estación Espacial Internacional. Transmitió un archivo de video cada 3,5 segundos durante un total de 148 segundos. Con los métodos tradicionales de enlace descendente, enviar el video de 175 megabits solo una vez habría tomado 10 minutos.

Nombre:Demostración de relés de comunicaciones láser (LCRD)

Dirigido por:Goddard Space Flight Center

Año:2019

Objetivo:Transmitirá señales láser entre telescopios en Table Mountain, California, y en Hawai a través de un satélite de retransmisión en órbita geoestacionaria durante un período de demostración de dos años. El sistema está diseñado para funcionar hasta cinco años para demostrar la fiabilidad diaria de las comunicaciones láser para futuras misiones de la NASA.

Nombre:Comunicaciones ópticas de espacio profundo (DSOC)

Dirigido por JPL

Año:2023

Objetivo:probar las comunicaciones láser desde el espacio profundo. Una próxima misión Discovery de la NASA llamada Psyche volará a un asteroide metálico a partir de 2023. Se planea que Psyche albergue un dispositivo láser llamado DSOC. que transmitiría datos a un telescopio en el Observatorio de la Montaña Palomar en California.