Está programada la demostración de un nuevo tipo experimental de tecnología de comunicaciones en el espacio profundo en la Estación Espacial Internacional esta primavera.

En la actualidad, La NASA se basa en ondas de radio para enviar información entre la nave espacial y la Tierra. La tecnología de comunicaciones láser emergente ofrece velocidades de datos más altas que permiten que las naves espaciales transmitan más datos a la vez. Esta demostración involucra comunicaciones de rayos X, o XCOM, que ofrece aún más ventajas.

Los rayos X tienen longitudes de onda mucho más cortas que los infrarrojos y la radio. Esto significa que, en principio, XCOM puede enviar más datos por la misma cantidad de potencia de transmisión. Los rayos X pueden emitirse en haces más estrechos, por lo tanto, usa menos energía cuando se comunica a grandes distancias.

Si tiene éxito, el experimento podría aumentar el interés en la tecnología de las comunicaciones, lo que podría permitir velocidades de datos de gigabits por segundo más eficientes para misiones en el espacio profundo. Gigabits por segundo es una tasa de transferencia de datos equivalente a mil millones de bits, o unidades binarias simples, por segundo. Estas velocidades extremadamente altas de transferencia de datos no son comunes actualmente, pero nuevos proyectos de investigación han impulsado la capacidad informática hacia este rango para algunas tecnologías.

"Hemos esperado mucho tiempo para demostrar esta capacidad, "dijo Jason Mitchell, un ingeniero en el Centro de vuelos espaciales Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland, que ayudó a desarrollar la demostración de tecnología, que se basa en un dispositivo llamado Fuente de rayos X modulada, o MXS.

"Para algunas misiones, XCOM puede ser una tecnología habilitadora debido a las distancias extremas donde deben operar, "Dijo Mitchell.

Quizás más dramáticamente, al menos en lo que respecta a los vuelos espaciales tripulados, Los rayos X pueden perforar la vaina de plasma caliente que se acumula cuando las naves espaciales atraviesan la atmósfera de la Tierra a velocidades hipersónicas. El plasma actúa como escudo, cortar las comunicaciones de radiofrecuencia con cualquier cosa fuera del vehículo durante varios segundos, un período de tiempo que se muerde las uñas dramáticamente retratado en la película, Apolo 13. Nadie ha usado rayos X en un sistema de comunicaciones, aunque, para que puedan surgir otras aplicaciones aún no concebidas, Dijo Mitchell.

"Nuestro objetivo para el futuro inmediato es encontrar socios interesados ​​que ayuden a desarrollar aún más esta tecnología, "Dijo Mitchell.

Codificación de bits digitales

Para demostrar esta nueva tecnología de comunicaciones, La NASA utilizará el MXS para generar pulsos de rayos X de disparo rápido. Operado por otra tecnología informática y de navegación desarrollada por Goddard llamada NavCube, MXS se encenderá y apagará muchas veces por segundo mientras codifica bits digitales para la transmisión.

De la carga útil experimental, el dispositivo MXS luego enviará los datos codificados a través de los rayos X modulados a los detectores en el Explorador de composición interior de estrellas de neutrones, o NICER, que se encuentra a 165 pies de distancia, aproximadamente el ancho de un campo de fútbol, ​​en la estación espacial. De este modo, NICER se convierte en el receptor de una señal de rayos X unidireccional.

Aunque la primera prueba XCOM implicará la transmisión de señales similares a GPS, Mitchell dijo que el equipo puede intentar transmitir algo más complicado después del intento inicial.

"Es importante que transmitamos un código conocido que podamos identificar para asegurarnos de que NICER reciba la señal exactamente de la forma en que la enviamos, "Dijo Mitchell.

Aunque se construyó principalmente para recopilar datos sobre los objetos más densos del universo:las estrellas de neutrones y sus parientes más cercanos pulsantes, conocidos como púlsares, NICER también fue diseñado para demostrar tecnología avanzada. Además de la demostración de XCOM, la misión demostró la eficacia de la navegación por rayos X en el espacio, mostrando en 2017 que los púlsares podrían usarse como fuentes de sincronización para fines de navegación.

Durante esa demostración de dos días, que el equipo de NICER llevó a cabo con un experimento llamado Station Explorer para tecnología de sincronización y navegación de rayos X, o SEXTANTE, la misión recopiló 78 mediciones de púlsares de cuatro milisegundos. El equipo introdujo esos datos en algoritmos integrados para unir de forma autónoma una solución de navegación que reveló la ubicación de NICER en su órbita alrededor de la Tierra como carga útil de la estación espacial. Dentro de las ocho horas posteriores al inicio del experimento, el sistema convergió en una ubicación dentro de las 6.2 millas objetivo y permaneció muy por debajo de ese umbral durante el resto del experimento.

La capacidad de NICER para realizar ciencia y demostrar emergentes, Las tecnologías revolucionarias han captado la atención de quienes planean la próxima era de vuelos espaciales tripulados por la NASA. Las misiones que realizan múltiples funciones ahora se consideran un modelo, dijo Jake Bleacher, científico de exploración líder responsable de identificar áreas donde los científicos de Goddard pueden apoyar la exploración humana de la Luna y Marte.

Patrimonio tecnológico

La idea de utilizar rayos X para comunicarse y navegar se originó hace más de una década cuando el investigador principal de NICER, Keith Gendreau, comenzó a trabajar en tecnologías habilitadoras para un generador de imágenes de agujero negro propuesto destinado a obtener imágenes directamente del horizonte de eventos de un agujero negro supermasivo o el punto de no hay retorno donde nada, ni partículas ni fotones, pueda escapar.

La idea era establecer una constelación de naves espaciales alineadas con precisión que, en esencia, crearían un interferómetro de rayos X, un instrumento utilizado para medir los desplazamientos en objetos. Concibió la idea de utilizar fuentes de rayos X como balizas para permitir una navegación relativa de alta precisión. Utilizando fondos de investigación y desarrollo, desarrolló el MXS.

Gendreau luego razonó que si podía modular los rayos X a través de un modulador, también podía comunicarse, dando así nacimiento al concepto de misión tres en uno de NICER.

La demostración de XCOM es administrada por el programa de Navegación y Comunicaciones Espaciales de la NASA dentro de la Dirección de Misión de Operaciones y Exploración Humana. NICER es una misión de astrofísica de oportunidades dentro del programa Explorers. La Dirección de Misión de Tecnología Espacial apoya el componente SEXTANT de la misión, demostrando la navegación de naves espaciales basadas en púlsar.