Ilustración de la NASA’s Laser Communications Relay Demonstration (LCRD comunicándose con la Estación Espacial Internacional a través de enlaces láser. LCRD ha completado con éxito su primer año de experimentos, ofreciendo una visión del futuro de la transmisión de datos desde el espacio. El sistema utiliza luz infrarroja, lo que permite 10 a Se comprimen 100 veces más datos en una sola transmisión en comparación con los sistemas tradicionales de ondas de radio Crédito: Centro de vuelo espacial Goddard de la NASA
Después de un año exitoso de experimentos, el proyecto de demostración de retransmisión de comunicaciones por láser (LCRD) de la NASA muestra el futuro de la transmisión de datos espaciales. Usando luz infrarroja, LCRD permite transmisiones con 10 a 100 veces más datos que los sistemas tradicionales de ondas de radio. El éxito de LCRD y su próxima extensión, ILLUMA-T, indica que la comunicación láser puede mejorar enormemente las futuras misiones espaciales al proporcionar capacidades de transmisión de datos más eficientes y sólidas.
El primer sistema de retransmisión láser bidireccional de la NASA completó su primer año de experimentos el 28 de junio, un hito para una tecnología revolucionaria que podría ser el futuro para enviar y recibir datos desde el espacio.
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 convencionales que se utilizan 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.
Visualización de un artista de la demostración de retransmisión de comunicaciones láser de la NASA comunicándose a través de enlaces láser. Crédito: NASA
Ahora a la mitad de su fase de experimentación, LCRD ha demostrado las ventajas significativas de las comunicaciones láser sobre los sistemas de ondas de radio tradicionales.
Ubicado en órbita geosíncrona a 22,000 millas sobre la Tierra, el LCRD actualmente sirve como plataforma experimental para que la NASA, otras agencias gubernamentales, universidades y empresas comerciales prueben las capacidades de comunicación 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 al LCRD, que los transmitiría de regreso a la Tierra.
Los beneficios de las comunicaciones láser: eficientes, más ligeras, seguras y flexibles. Crédito: NASA / Dave Ryan
Las comunicaciones LCRD y 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 de Navegación y Comunicaciones Espaciales (SCaN) de la NASA y la Dirección de Misiones de Tecnología Espacial 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. .NASA. Centro de vuelos espaciales en Greenbelt, Maryland. “Los primeros resultados fueron excelentes, y ver caer grandes cantidades de datos en una fracción del tiempo es realmente extraordinario”.
Estación terrestre óptica 2 (OGS-2) de demostración de relé de comunicación láser (LCRD) de la NASA en Haleakalā, Hawái. Crédito: Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA
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 vientos fuertes y otras perturbaciones atmosféricas pueden interrumpir las señales de láser cuando ingresan a la atmósfera terrestre.
“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: 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 dado la oportunidad de comprender realmente los impactos del clima en la disponibilidad de la señal. También reforzó nuestra comprensión de que más estaciones terrestres significan más opciones de disponibilidad de señal”.
Hoja de ruta de comunicaciones láser de la NASA. Crédito: NASA / Dave Ryan
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 una terminal compatible con LCRD para enviar y recibir datos con LCRD. Esta experiencia confirmó la capacidad de LCRD para trabajar con usuarios externos.
Los ingenieros también usaron el LCRD como una oportunidad para probar las características de la red, como la red tolerante a demoras/interrupciones (DTN) en enlaces láser. DTN potencia las misiones con una conectividad sin igual, almacenando y reenviando datos en puntos a lo largo de una red para garantizar que la información crítica llegue a su destino.
La NASA está infundiendo tecnologías de comunicación láser para proporcionar a las misiones capacidades de comunicación mejoradas. Las comunicaciones láser permiten que las misiones envíen más datos a través de un solo enlace. Más datos significan más descubrimientos. Crédito: Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA
Los sistemas de comunicación láser también pueden permitir 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 LCRD permiten a la NASA y sus socios implementar nuevas capacidades y probarlas en un entorno operativo», dijo Trudy Kortes, directora de demostraciones de tecnología de la Dirección de Misiones de Tecnología Espacial de la NASA en la sede de la agencia en Washington. “Esto permite a los ingenieros sentir realmente el potencial de una tecnología y ver cómo serán las aplicaciones futuras. Es por eso que probar las operaciones en un entorno relevante es tan crítico”.
Con sistemas como el LCRD demostrando capacidades de comunicación láser, las futuras misiones científicas y de exploración humana que adopten la tecnología pueden transmitir más datos a la Tierra. A medida que la instrumentación de las misiones científicas avanza y recopila más datos, los sistemas de comunicación a bordo también deben evolucionar para transmitir estos datos a los investigadores. Las cargas útiles como el LCRD muestran cómo los sistemas de comunicación 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 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. 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 de la terminal de amplificador integrado y módem de usuario de órbita terrestre baja LCRD de la NASA, o ILLUMA-T. Una vez en la estación espacial, ILLUMA-T enviará los datos del experimento al LCRD, que los retransmitirá 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 LCRD.
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 Space Test Program 3 (STP-3), lanzado en un cohete Atlas V 551 de United Launch Alliance 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 Comunicaciones y Navegación Espacial (SCaN) en la sede de la NASA.
