La demostración de retransmisión de comunicaciones por 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 significativamente más datos, de 10 a 100 veces más, en una sola transmisión. Más datos significan más descubrimientos.

Ahora, en el punto medio de su fase de experimentación, LCRD ha demostrado las ventajas significativas de las comunicaciones láser sobre los sistemas de ondas de radio trad 

Ubicado en una órbita geosíncrona a 22.000 millas sobre la Tierra, LCRD actualmente actúa como una plataforma de experimentos para la NASA, otras agencias gubernamentales, instituciones académicas y empresas comerciales para probar las capacidades de comunicaciones por láser. Después de su fase experimental, existe la oportunidad de que la misión se convierta en un relevo operativo. Esto significaría que las futuras misiones que utilicen comunicaciones láser no necesitarían una línea de visión clara hacia la Tierra y simplemente enviarían sus datos a LCRD, que luego los enviaría 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. LCRD se lanzó para probar y refinar esta tecnología a través de una asociación entre el programa Space Communications and Navigation (SCaN) de la NASA y el Space Technology Mission Directorate de la NASA .

"Hasta ahora, hemos publicado los primeros artículos sobre los primeros hallazgos de los experimentos, pero planeamos publicar más lecciones aprendidas para que la industria aeroespacial pueda aprender de esta demostración de tecnología junto con la NASA", dijo Dave Israel, investigador principal de LCRD en Goddard de la NASA. Centro de vuelos espaciales en Greenbelt, Maryland. “Los primeros resultados han sido sobresalientes, y ver caer cantidades masivas de datos en una fracción del tiempo es realmente extraordinario”.

Algunos de estos experimentos incluyen el estudio del impacto atmosférico en las señales láser. Si bien las comunicaciones por láser normalmente pueden proporcionar mayores tasas de datos, la humedad, las nubes, los fuertes vientos y otras perturbaciones atmosféricas pueden interrumpir las señales de láser cuando ingresan a la atmósfera de la Tierra.

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Estación terrestre óptica 2 (OGS-2) de la Demostración de relé de comunicación láser (LCRD) de la NASA en Haleakalā, Hawái. Créditos: NASA

“Una de las cosas que nos sorprendió fue cómo el clima afectó las operaciones del experimento. Por lo general, construimos nuestras estaciones terrestres en ubicaciones remotas a gran altitud con condiciones climáticas despejadas: las LCRD están en Hawái y California”, dijo Rick Butler, gerente de experimentos de LCRD en Goddard. “La lluvia y la nevada históricas en el sur de California este año nos brindaron la oportunidad de comprender realmente los impactos del clima en la disponibilidad de la señal. Esto también reforzó nuestra comprensión de que más estaciones terrestres significan más opciones para la disponibilidad de la señal”.

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

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

Los ingenieros también utilizaron LCRD como una oportunidad para probar las capacidades de red, como redes tolerantes a demoras/interrupciones (DTN) a través de enlaces láser. DTN potencia las misiones con una conectividad inigualable al almacenar y reenviar datos en puntos a lo largo de una red para garantizar que la información crítica llegue a su destino.

Los sistemas de comunicaciones por láser también pueden habilitar 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 comunicaciones láser también puede servir como plataforma para mejorar los datos de tiempo y ubicación, una parte crítica del GPS.

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Hoja de ruta de comunicaciones láser de la NASA. Créditos: NASA / Dave Ryan

“Las demostraciones de tecnología como LCRD permiten a la NASA y sus socios implementar nuevas capacidades y probarlas en un escenario operativo”, dijo Trudy Kortes, directora de demostraciones de tecnología en la Dirección de Misiones de Tecnología Espacial de la NASA en la sede de la agencia en Washington. “Esto permite a los ingenieros tener una idea real del potencial de una tecnología y ver cómo podrían ser las aplicaciones futuras. Es por eso que probar las operaciones en un entorno relevante es tan crítico”.

Con sistemas como LCRD demostrando las capacidades de las comunicaciones láser, las futuras misiones científicas y de exploración humana que adopten la tecnología podrían ser capaces de transmitir más datos a la Tierra. A medida que la instrumentación de las misiones científicas avanza y recopila más datos, los sistemas de comunicaciones a bordo también deben evolucionar para transmitir estos datos a los investigadores. Las cargas útiles como LCRD muestran cómo los sistemas de comunicaciones láser pueden beneficiar a las misiones espaciales y ayudarlas a lograr sus objetivos científicos.

LCRD es una de una serie de misiones para demostrar la tecnología de comunicaciones 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 antes mientras Psyche se dirige a su destino de asteroide en el espacio profundo.

Con un año de experimentación exitosa completado, el equipo de LCRD ahora se está preparando para el lanzamiento a fines de 2023 del Terminal de amplificador y módem de usuario de órbita terrestre baja LCRD integrado de la NASA, o ILLUMA-T. Una vez en la estación espacial, ILLUMA-T enviará datos de experimentos a LCRD, que luego los transmitirá a tierra. Esto permitirá a la NASA probar las comunicaciones láser de órbita terrestre baja a órbita geosincrónica y mostrar el beneficio de las capacidades de retransmisión de LCRD.

La NASA está infundiendo tecnologías de comunicación láser para proporcionar a las misiones capacidades de comunicación mejoradas. Las comunicaciones por láser permiten que las misiones envíen más datos en un solo enlace. Más datos significan más descubrimientos.

LCRD es una carga útil de la NASA a bordo del Satélite-6 del Programa de Pruebas Espaciales del Departamento de Defensa (STPSat-6). STPSat-6, parte de la misión del Programa de prueba espacial 3 (STP-3), lanzado en un cohete United Launch Alliance Atlas V 551 desde la Estación de la Fuerza Espacial de Cabo Cañaveral en Florida. La NASA está operando STPSat-6 para el Departamento de Defensa.

LCRD está dirigido por Goddard y en asociación con el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA en el sur de California y el Laboratorio Lincoln del MIT. LCRD está financiado a través del programa de Misiones de Demostración de Tecnología de la NASA, parte de la Dirección de Misiones de Tecnología Espacial y el programa de Navegación y Comunicaciones Espaciales (SCaN) en la sede de la NASA.

Por Katherine Schauer

Centro de vuelo espacial Goddard de la NASA, Greenbelt, Md.

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