Los satélites son cada vez más importantes en nuestras vidas, ya que nos ayudan a satisfacer la demanda de más datos, intercambiado a velocidades más altas. Por eso estamos explorando nuevas formas de mejorar las comunicaciones por satélite.

Se utiliza tecnología satelital para navegar, pronosticar el clima, monitorear la Tierra desde el espacio, recibir señales de televisión desde el espacio, y conectarse a lugares remotos a través de herramientas como teléfonos satelitales y satélites Sky Muster de NBN.

Todas estas comunicaciones utilizan ondas de radio. Estas son ondas electromagnéticas que se propagan a través del espacio y, hasta cierto punto, a través de obstáculos como paredes.

Cada sistema de comunicación utiliza una banda de frecuencia asignada, y cada banda forma parte del espectro electromagnético, que es el nombre que se le da al rango de todos los tipos de radiación electromagnética.

Pero el espectro electromagnético que podemos utilizar con la tecnología actual es un recurso finito, y ahora está completamente ocupado. Esto significa que los servicios antiguos tienen que dejar espacio para los nuevos. o se deben utilizar bandas de frecuencias más altas.

Si bien esto plantea desafíos tecnológicos, un camino prometedor a seguir es la comunicación óptica.

Comunicación con láseres

En lugar de utilizar ondas de radio para transportar la información, podemos utilizar la luz de los láseres como portador. Aunque técnicamente todavía forma parte del espectro electromagnético, las frecuencias ópticas son significativamente más altas, lo que significa que podemos usarlos para transferir datos a velocidades más altas.

Sin embargo, una desventaja es que un láser no se puede propagar a través de las paredes, e incluso puede ser bloqueado por las nubes. Si bien esto es problemático en la Tierra, y para la comunicación entre satélites y la Tierra, no es un problema para la comunicación entre satélites.

En la tierra, la comunicación óptica a través de cables de fibra óptica conecta continentes y proporciona enormes intercambios de datos. Esta es la tecnología que permite que exista la nube, y servicios en línea que se proporcionarán.

La comunicación óptica entre satélites no utiliza cables de fibra óptica, pero implica que la luz se propague a través del espacio. Esto se denomina "comunicación óptica de espacio libre, "y se puede utilizar no solo para enviar datos de satélites al suelo, sino también para conectar satélites en el espacio.

En otras palabras, La comunicación óptica en el espacio libre proporcionará la misma conectividad masiva en el espacio que ya tenemos en la Tierra.

Algunos sistemas, como el sistema europeo de retransmisión de datos, ya están operativos. y otros como Starlink de SpaceX continúan desarrollándose.

Pero aún quedan muchos desafíos por superar, y estamos limitados por la tecnología actual. Mis colegas y yo estamos trabajando en hacer ópticas, así como radiofrecuencia, enlaces de datos aún más rápidos y seguros.

CubeSats

Hasta aquí, se ha dedicado mucho esfuerzo a la investigación y el desarrollo de la tecnología de radiofrecuencia. Así es como sabemos que las velocidades de datos están en su límite físico más alto y no se pueden aumentar más.

Si bien un solo enlace de radiofrecuencia puede proporcionar velocidades de datos de 10 Gbps con antenas grandes, un enlace óptico puede alcanzar tasas de 10 a 100 veces más altas, utilizando antenas que son de 10 a 100 veces más pequeñas.

Estas pequeñas antenas son de hecho lentes ópticas, y su tamaño compacto les permite integrarse en pequeños satélites llamados CubeSats.

Los CubeSats no son más grandes que una caja de zapatos o una tostadora, pero puede emplear enlaces de datos de alta velocidad a otros satélites o al suelo.

Actualmente se utilizan para una amplia gama de tareas, incluida la observación de la tierra, comunicaciones y experimentos científicos en el espacio. Y aunque no pueden proporcionar todos los servicios desde el espacio, Desempeñan un papel importante en los sistemas de satélites actuales y futuros.

Otra ventaja de la comunicación óptica es una mayor seguridad. La luz de un láser forma un rayo estrecho, que tiene que ser apuntado de un remitente a un receptor. Dado que este haz es muy estrecho, la comunicación no interfiere con otros receptores y es muy difícil, si no imposible, para escuchar a escondidas la comunicación. Esto hace que los sistemas ópticos sean más seguros que los sistemas radio electromagnéticos.

La comunicación óptica también se puede utilizar para la distribución de claves cuánticas. Esta tecnología permite el intercambio absolutamente seguro de claves de cifrado para comunicaciones seguras.

¿Qué podemos esperar de esto?

Si bien es emocionante desarrollar sistemas para el espacio, y lanzar satélites, el beneficio real de los sistemas de satélites se siente en la Tierra.

La comunicación de alta velocidad proporcionada por enlaces de datos ópticos mejorará la conectividad para todos nosotros. Notablemente, las áreas remotas que actualmente tienen conexiones relativamente lentas experimentarán un mejor acceso a la salud y el aprendizaje remotos.

Mejores enlaces de datos también nos permitirán entregar imágenes y videos desde el espacio con menos demoras y mayor resolución. Esto mejorará la forma en que administramos nuestros recursos, incluyendo agua, Agricultura y Bosques.

También proporcionarán información vital en tiempo real en escenarios de desastres como incendios forestales. Las aplicaciones potenciales de la tecnología de comunicación óptica son amplias.

Uniendo el conocimiento

Trabajar en comunicaciones ópticas por satélite es un desafío, ya que combina muchos campos y áreas de investigación diferentes, incluidas las telecomunicaciones, fotónica y fabricación.

En la actualidad, nuestra tecnología está lejos de lograr lo que es teóricamente posible, y hay un gran margen de mejora. Por eso hay un fuerte enfoque en la colaboración.

En Australia, Hay dos programas principales que facilitan esto:la Agencia Espacial Australiana dirigida por el gobierno federal, y el Centro de Investigación Cooperativa SmartSat (CRC), también apoyado por el gobierno federal.

A través del programa SmartSat CRC, mis colegas y yo pasaremos los próximos siete años abordando una serie de problemas de investigación aplicada en esta área.

Este artículo se ha vuelto a publicar de The Conversation con una licencia de Creative Commons. Lea el artículo original.