Programado para lanzarse este otoño, el proyecto de Comunicaciones Ópticas en el Espacio Profundo (DSOC) de la Nasa probará cómo los láseres podrían acelerar la transmisión de datos mucho más allá de la capacidad de los actuales sistemas de radiofrecuencia utilizados en el espacio.
Lo que se conoce como una demostración de tecnología, DSOC puede allanar el camino para las comunicaciones de banda ancha que ayudarán a respaldar el próximo gran salto de la humanidad: cuando la Nasa envíe astronautas a Marte.
El transceptor láser de infrarrojo cercano DSOC (un dispositivo que puede enviar y recibir datos) se «montará a cuestas» en la misión Psyche de la Nasa cuando se lance a un asteroide rico en metales del mismo nombre en octubre. Durante los primeros dos años del viaje, el transceptor se comunicará con dos estaciones terrestres en el sur de California, probando detectores altamente sensibles, potentes transmisores láser y métodos novedosos para decodificar las señales que envía el transceptor desde el espacio profundo.
La Nasa se centra en la comunicación láser u óptica debido a su potencial para superar el ancho de banda de las ondas de radio, en las que la agencia espacial ha confiado durante más de medio siglo. Tanto las comunicaciones por radio como por láser infrarrojo cercano utilizan ondas electromagnéticas para transmitir datos, pero la luz infrarroja cercana empaqueta los datos en ondas significativamente más estrechas, lo que permite que las estaciones terrestres reciban más datos a la vez.
«DSOC fue diseñado para demostrar de 10 a 100 veces la capacidad de retorno de datos de los sistemas de radio de última generación que se usan en el espacio hoy en día«, dijo Abi Biswas, tecnólogo del proyecto DSOC en el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la Nasa en el sur de California. “Se han probado las comunicaciones láser de gran ancho de banda para la órbita cercana a la Tierra y para los satélites que orbitan la Luna, pero el espacio profundo presenta nuevos desafíos”.
Hay más misiones que nunca dirigidas al espacio profundo, y prometen producir exponencialmente más datos que las misiones anteriores en forma de mediciones científicas complejas, imágenes de alta definición y video. Por lo tanto, experimentos como DSOC desempeñarán un papel crucial para ayudar a la Nasa a avanzar en tecnologías que puedan ser utilizadas de forma rutinaria por naves espaciales y sistemas terrestres en el futuro.
«DSOC representa la próxima fase de los planes de la Nasa para desarrollar tecnologías de comunicaciones mejoradas y revolucionarias que tengan la capacidad de aumentar las transmisiones de datos desde el espacio, lo cual es fundamental para las ambiciones futuras de la agencia», dijo Trudy Kortes, directora del programa de Misiones de Demostración de Tecnología (TDM) en la sede de la Nasa en Washington. “Estamos encantados de tener la oportunidad de probar esta tecnología durante el vuelo de Psyche”.
Tecnologías innovadoras
El transceptor montado en Psyche presenta varias tecnologías nuevas, incluida una cámara de conteo de fotones nunca antes volada conectada a un telescopio de apertura de 22 centímetros que sobresale del costado de la nave espacial. El transceptor buscará de forma autónoma y se «bloqueará» en el enlace ascendente láser de infrarrojo cercano de alta potencia transmitido por el Laboratorio del Telescopio de Comunicación Óptica en las Instalaciones Table Mountain del JPL cerca de Wrightwood, California. El enlace ascendente láser también demostrará el envío de comandos al transceptor.
“El potente láser de enlace ascendente es una parte fundamental de esta demostración tecnológica para velocidades más altas para naves espaciales, y las actualizaciones de nuestros sistemas terrestres permitirán comunicaciones ópticas para futuras misiones en el espacio profundo”, dijo Jason Mitchell, ejecutivo del programa de Comunicaciones y Navegación Espacial de la NASA (SCaN).
Una vez fijado en el láser de enlace ascendente, el transceptor localizará el Telescopio Hale de 5,1 metros en el Observatorio Palomar de Caltech en el condado de San Diego, California, a unos 130 kilómetros al sur de Table Mountain. Luego, el transceptor utilizará su láser infrarrojo cercano para transmitir datos de alta velocidad a Palomar. Las vibraciones de la nave espacial que de otro modo podrían empujar el láser fuera del objetivo serán amortiguadas por puntales de última generación que conectan el transceptor a Psyche.
Para recibir el láser de enlace descendente de alta velocidad del transceptor DSOC, el Telescopio Hale ha sido equipado con un novedoso conjunto de detector de fotón único de nanocables superconductores. El ensamblaje se enfría criogénicamente para que se pueda detectar un único fotón láser incidente (una partícula cuántica de luz) y registrar su hora de llegada. Transmitida como un tren de pulsos, la luz láser debe viajar más de 300 millones de kilómetros, lo más lejos que estará la nave espacial durante esta demostración técnica, antes de que las débiles señales puedan detectarse y procesarse para extraer la información.
“Cada componente de DSOC exhibe nueva tecnología, desde los láseres de enlace ascendente de alta potencia hasta el sistema de puntería en el telescopio del transceptor y hasta los detectores exquisitamente sensibles que pueden contar los fotones individuales a medida que llegan”, dijo Bill Klipstein del JPL, el proyecto DSOC. gerente. “El equipo incluso necesitaba desarrollar nuevas técnicas de procesamiento de señales para extraer información de señales tan débiles transmitidas a grandes distancias”.
Las distancias involucradas plantean otro desafío para la demostración técnica: cuanto más viaje Psyche, más tardarán los fotones en llegar a su destino, creando un retraso de hasta decenas de minutos. Las posiciones de la Tierra y la nave espacial cambiarán constantemente mientras viajan los fotones láser, por lo que será necesario compensar este retraso.
“Apuntar el láser y bloquearlo a lo largo de millones de millas mientras se maneja el movimiento relativo de la Tierra y Psique plantea un desafío emocionante para nuestro proyecto”, dijo Biswas.
