Relé de comunicación láser de la NASA: un año de experimentación

El primer sistema de retransmisión láser bidireccional de la NASA completó su primer año de experimentación el 28 de junio, un hito para la tecnología innovadora que podría ser el futuro del envío y la recepción de datos desde el espacio.

La demostración del relé de comunicación láser (LCRD) utiliza luz infrarroja o láseres invisibles para transmitir y recibir señales en lugar de los sistemas de ondas de radio que se utilizan convencionalmente en las naves espaciales. Las estrechas longitudes de onda de la luz infrarroja permiten que las misiones espaciales empaqueten muchos más datos, de 10 a 100 veces más, en una sola transmisión. Más datos significan más descubrimientos.

Ahora a la mitad de la fase experimental, LCRD ha demostrado las ventajas significativas de la comunicación láser sobre los sistemas de radiofrecuencia tradicionales.

Ubicado en una órbita geosíncrona a 22,000 millas sobre la Tierra, el LCRD actualmente opera como una plataforma experimental para que la NASA, otras agencias gubernamentales, instituciones académicas y empresas comerciales prueben las capacidades de comunicación láser. Después de la fase de experimentación, la misión tiene la oportunidad de convertirse en un relevo operativo. Esto significaría que las futuras misiones que utilicen comunicaciones láser no requerirían una línea de visión clara hacia la Tierra y simplemente enviarían sus datos al LCDRD, que luego los transmitiría a la Tierra.

LCRD, y las comunicaciones láser en general, nacieron de la necesidad de una transmisión de datos más eficiente hacia y desde el espacio. El LCRD se lanzó para probar y refinar esta tecnología como parte de una asociación entre el programa Space Communications and Navigation (SCaN) de la NASA y la Dirección de Misiones de Tecnología Espacial de la NASA.

“Hemos estado publicando hasta ahora primeros papeles los primeros hallazgos de los experimentos, pero planeamos publicar más lecciones aprendidas para que la industria aeroespacial pueda aprender de esta demostración de tecnología con la NASA”, dijo Dave Israel, investigador principal de LCRD en el Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland. los resultados han sido sobresalientes, y es verdaderamente notable ver caer cantidades masivas de datos en una fracción del tiempo”.

Algunos de estos experimentos involucran el estudio de los efectos de la atmósfera en las señales láser. Si bien las comunicaciones por láser generalmente pueden proporcionar mayores velocidades de datos, la humedad, las nubes, los vientos fuertes y otras perturbaciones atmosféricas pueden interferir con las señales de láser cuando ingresan a la atmósfera terrestre.

“Una de las cosas que nos sorprendió fue el efecto del clima en las operaciones experimentales. Por lo general, construimos nuestras estaciones terrestres en ubicaciones remotas a gran altitud cuando hace buen tiempo: los LCRD están en Hawái y California”, dijo Rick Butler, Gerente de Experimentos LCRD en Goddard. “Las lluvias y nevadas históricas en el sur de California este año nos han brindado la oportunidad de comprender verdaderamente el impacto del clima en la disponibilidad de la señal. También reforzó nuestra comprensión de que más estaciones terrestres significan más opciones de disponibilidad de señal”.

Además, el experimento meteorológico permitió a los ingenieros mejorar los sistemas de óptica adaptativa de la NASA, que están integrados con estaciones terrestres y utilizan un sensor para medir y corregir distorsiones en la señal de la nave espacial.

Se realizó otro experimento con Aerospace Corporation, que construyó una terminal compatible con LCRD para enviar y recibir datos usando LCRD. Este experimento confirmó la capacidad del LCRD para trabajar con usuarios externos.

Los ingenieros también utilizaron el LCRD como una oportunidad para probar las capacidades de la red, como redes tolerantes a demoras/interferencias (DTN) a través de enlaces láser. DTN permite que las misiones tengan una conectividad sin igual al almacenar y transmitir datos en puntos a lo largo de la red para garantizar que la información crítica llegue a su destino.

Los sistemas de comunicación láser también pueden proporcionar capacidades de navegación más precisas. Un experimento de navegación en curso ha demostrado que los ingenieros pueden recibir datos de ubicación más precisos a través de un enlace láser que a través de ondas de radio estándar. Esto significa que el sistema de comunicación láser también puede servir como plataforma para mejorar los datos de tiempo y ubicación, una parte crítica del GPS.

“Las demostraciones de tecnología como el LCRD permiten a la NASA y sus socios implementar nuevas capacidades y probarlas en un escenario operativo”, dijo Trudy Kortes, directora de demostración de tecnología de la Dirección de Misiones de Tecnología Espacial de la NASA en la sede de la agencia en Washington, DC. “Esto permite a los ingenieros sentir realmente el potencial de la tecnología y ver cómo podrían ser las aplicaciones futuras. Por eso es tan importante probar las operaciones en el entorno adecuado”.

Con sistemas como LCRD demostrando las capacidades de la comunicación láser, las futuras misiones científicas y de exploración humana que adopten esta tecnología podrán enviar más datos a la Tierra. A medida que se desarrolla la instrumentación de la misión científica y se recopilan más y más datos, los sistemas de comunicación a bordo también deben evolucionar para transmitir estos datos a los científicos. Las cargas útiles como el LCRD muestran cómo los sistemas de comunicación láser pueden beneficiar a las misiones espaciales y ayudarlas a lograr objetivos científicos.

LCRD es una de una serie de misiones diseñadas para demostrar la tecnología de comunicación láser. La agencia continúa sus esfuerzos de infusión con futuras terminales en la Estación Espacial Internacional, la nave espacial Artemis II Orion que viajará alrededor de la luna y el experimento de Comunicaciones Ópticas en el Espacio Profundo a bordo de la nave espacial Psyche que probará las comunicaciones láser más lejos de la Tierra que nunca. mientras Psyche va a un destino de asteroide en el espacio profundo.

Después de un año de experimentación exitosa, el equipo de LCRD ahora se está preparando para lanzar el amplificador de usuario y terminal de módem integrado LCRD o ILLUMA-T a finales de 2023. Una vez en la estación espacial, ILLUMA-T enviará los datos del experimento al LCRD, que luego los transmitirá a la Tierra. Esto permitirá a la NASA probar las comunicaciones láser desde la órbita terrestre baja hasta la órbita geosincrónica y demostrar los beneficios de las capacidades del LCRD.