Banda ancha láser: logran con éxito proporcionar conectividad al espacio exterior

Un equipo de investigadores del Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT), trabajando con la NASA, ha demostrado por primera vez que existe ya una tecnología de comunicación de datos que puede proporcionar a los futuros habitantes del espacio la conectividad que podemos disfrutar en la Tierra.

Se trata de una tecnología de banda ancha basada en láser que permite desde grandes transferencias inalámbricas de datos hasta video de alta definición en streaming.

En el congreso CLEO: 2014 (Ciencia Láser y Aplicaciones Fotónicas), que se celebrará del 8 al 13 junio en San José, California, el equipo presentará detalles y la primera visión global del desempeño en órbita de su enlace ascendente de comunicación basado en láser entre la Luna y Tierra, que el otoño pasado superó a la velocidad de transmisión anterior más rápida por un factor de 4.800.

"Esta será la primera vez que se presenta tanto la aplicación general como sus pruebas de resultado", dice Mark Stevens, del MIT Lincoln Laboratory. "El desempeño en órbita fue excelente y muy cerca de lo que habíamos pronosticado, lo que nos da la confianza de que tenemos una buena comprensión de la física subyacente ", dijo Stevens.

El equipo hizo historia hace unos meses cuando realizó su demostración de Comunicación Láser Lunar (LLCD), con datos transmitidos a lo largo de los 384.633 kilometros entre la Luna y la Tierra a una velocidad de descarga de 622 megabits por segundo, más rápido que cualquier frecuencia de radio. También transmitieron datos desde la Tierra a la Luna a 19,44 megabits por segundo, en un factor de 4.800 veces más rápido que el mejor enlace ascendente de radio utilizado hasta ahora.

"Comunicar a altas velocidades de datos desde la Tierra a la luna con rayos láser es un reto debido a la distancia de 400.000 kilómetros de tendido del rayo de luz", dice Stevens. "Es doblemente difícil de pasar por la atmósfera, debido a que la turbulencia puede doblar la luz, y causar desvanecimiento o corte de la señal en el receptor"

Para superar estos problemas, la demostración utiliza varias técnicas para lograr un rendimiento libre de errores en un amplio intervalo de condiciones atmosféricas difíciles ópticamente tanto en la oscuridad como con luz solar brillante . Un terminal de tierra en White Sands, Nuevo México, utilizó cuatro telescopios separados para enviar la señal de enlace ascendente a la luna.

Cada telescopio es de aproximadamente 15 centímetros de diámetro y está alimentado por un emisor láser que envía la información codificada en forma de pulsos de luz infrarroja invisible. La potencia total del transmisor es la suma de los cuatro transmisores separados, lo que resulta en 40 vatios de potencia.

La razón de los cuatro telescopios es que cada uno transmite la luz a través de una columna diferente de aire que experimenta diferentes efectos de flexión de la atmósfera , dice Stevens . Esto aumenta la probabilidad de que al menos uno de los haces de láser va a interactuar con el receptor , que está montado en un satélite en órbita alrededor de la luna . Este receptor utiliza un telescopio ligeramente más estrecho para recoger la luz , que se centra a continuación en una fibra óptica similar a las fibras utilizadas en redes de fibra óptica terrestre.

A partir de ahí, la señal se amplifica en la fibra aproximadamente 30.000 veces. Un fotodetector convierte los pulsos de luz en impulsos eléctricos que a su vez se transforman en patrones de bits de datos que llevan el mensaje transmitido. De las señales de 40 vatios enviadas por el transmisor, menos de una milmillonésima parte de un vatio es recibida en el satélite, pero eso es todavía cerca de 10 veces la señal necesaria para lograr una comunicación libre de errores, dice Stevens.

La presentación en CLEO:2014 también describirá cómo los grandes márgenes en el nivel de la señal recibida pueden permitir que el sistema funcione a través de las nubes delgadas parcialmente transparentes en la atmósfera de la Tierra."Hemos demostrado tolerancia a medianas atenuaciones por nubes, así como grandes variaciones de potencia de señal atmosférica inducida por la turbulencia o debilitamiento, lo que permite un rendimiento sin errores, incluso con márgenes de señales muy pequeñas ", dice Stevens.

Si bien el diseño LLCD es relevante para las misiones cercanas a la Tierra y hasta los puntos de Lagrange —áreas donde las fuerzas entre cuerpos celestes quedan equilibradas, por lo que resultan un punto ideal para los satélites—, el equipo predice que también es extensible a misiones espaciales en Marte y los planetas exteriores.