El rápido aumento de satélites está provocando una creciente congestión en la órbita terrestre baja, incrementando el riesgo de colisiones y ejerciendo presión sobre la infraestructura de transmisión de datos debido a la sobrecarga del espectro radioeléctrico. En este contexto, la tecnología de comunicación láser se perfila como una nueva vía de conectividad para la próxima generación de exploración espacial.
trayectoria de sobrecarga
En los últimos años, el número de satélites en órbita terrestre ha aumentado a un ritmo vertiginoso. Con el lanzamiento del sistema Starlink en 2019, SpaceX cuenta ahora con más de 10 200 satélites operativos en órbita. La Agencia Espacial Europea (ESA) prevé que, para finales de la próxima década, aproximadamente 100 000 satélites podrían estar operando simultáneamente alrededor de la Tierra. La mayoría de los satélites actuales utilizan ondas de radio para transmitir datos a la Tierra. Esta es también la tecnología empleada en la telefonía móvil, el Wi-Fi, el Bluetooth y la televisión.
Sin embargo, las ondas de radio solo ocupan una pequeña fracción del espectro electromagnético (el rango de ondas y radiaciones que existen en la naturaleza). La porción del espectro de radiofrecuencia que se puede aprovechar para la comunicación es limitada y, por lo tanto, debe ser gestionada y asignada por la Unión Internacional de Telecomunicaciones (UIT).
Barry Evans, profesor de comunicaciones por satélite en la Universidad de Surrey (Reino Unido), afirmó que la sobrecarga del espectro comienza a producirse cuando cada vez más sistemas satelitales operan en las mismas bandas de frecuencia.
Por ejemplo, tanto Starlink como Eutelsat OneWeb utilizan la banda Ku (aproximadamente de 11 a 14 gigahercios) para transmitir datos a tierra, lo que aumenta el riesgo de interferencias y superposición de señales. Las empresas ahora deben coordinar el uso compartido del espectro o ajustar los tiempos de transmisión de la señal, pero los expertos creen que esta es solo una solución temporal.
Los satélites que operan a diferentes altitudes también pueden causar interferencias en la señal. Por ejemplo, cuando una estación terrestre recibe una señal de OneWeb a una altitud de aproximadamente 1200 km, un satélite Starlink que vuele a menor altitud, alrededor de 500 km, podría causar interferencias temporales si atraviesa el área de cobertura. Este fenómeno se denomina eventos en línea. En el contexto del rápido aumento de datos provenientes del espacio, se considera improbable que las ondas de radio satisfagan adecuadamente las demandas a largo plazo de transmisión de video de alta resolución, datos de sensores e internet satelital global.
Desafío técnico
Ante esta presión, la industria espacial está recurriendo al uso de láseres para la transmisión de datos. A diferencia de las ondas de radio, que se propagan ampliamente en el espacio, los láseres viajan en haces muy estrechos, lo que los hace prácticamente inmunes a las interferencias de otros sistemas, aumentando así la velocidad de transmisión de datos y mejorando la seguridad.
Dalius Petrolionis, cofundador y director de tecnología de Astrolight (Lituania), afirmó que muchos satélites de nueva generación ya integran enlaces láser. En la red Starlink, la transmisión de datos entre satélites ya se realiza mediante láser en algunas conexiones espaciales. Sin embargo, la comunicación láser desde satélites a tierra sigue siendo un importante desafío técnico, ya que los láseres son muy sensibles a las condiciones atmosféricas. Las nubes, la niebla, el vapor de agua o las fluctuaciones de temperatura en el aire pueden distorsionar la señal.
Para superar esta limitación, las empresas están desarrollando sistemas de compensación de interferencia óptica (AO), que permiten que el haz láser se ajuste automáticamente a las fluctuaciones atmosféricas en tiempo real. Estos sistemas suelen incluir sensores de frente de onda para medir la distorsión de la señal, espejos de distorsión para corregir el haz láser y un ordenador de control de alta velocidad.
Según la NASA, algunos sistemas incluso utilizan dos tipos de espejos de deformación que operan en paralelo: uno gestiona las deformaciones grandes y lentas, y el otro, las oscilaciones pequeñas y rápidas. Los controladores deben realizar aproximadamente entre 100 y 1000 ajustes por segundo.
En una prueba de transmisión de datos láser de 5 Gbps, el sistema AO, compuesto por 137 elementos de control, redujo la tasa de error de datos a menos de 10⁻⁶, lo que equivale a menos de 1 error por millón de bits de datos, eliminando prácticamente cualquier discrepancia significativa.
Además de la distorsión de la señal, los sistemas de transmisión láser también deben gestionar la intensidad fluctuante de la luz debido a la turbulencia atmosférica. Algunas redes de transmisión láser utilizan estrellas láser artificiales para crear puntos de referencia, lo que ayuda a medir con precisión el nivel de turbulencia atmosférica. Además del hardware óptico, las empresas también aplican inteligencia artificial y algoritmos de aprendizaje automático para reducir costes y acelerar el procesamiento de la señal.
La NASA probó recientemente con éxito un sistema de comunicación láser en la nave espacial Orion, parte del programa Artemis II, transmitiendo más de 100 GB de datos desde las proximidades de la Luna hasta la Tierra. Mientras tanto, Astrolight, una empresa lituana de tecnología espacial, está construyendo su primera estación terrestre óptica en Groenlandia con el apoyo de la ESA y ha lanzado tres transmisores láser experimentales a la órbita.
La comunicación óptica, también conocida como comunicación láser, utiliza rayos infrarrojos en lugar de las ondas de radio tradicionales para enviar datos entre satélites o desde satélites a la Tierra. Esta tecnología permite mayores velocidades de transmisión de datos, menor consumo de energía y prácticamente ninguna interferencia de señal.
Fuente: https://www.sggp.org.vn/cuoc-dua-truyen-du-lieu-bang-tia-laser-post854231.html
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