O rápido aumento no número de satélites está tornando a órbita terrestre baixa cada vez mais congestionada, elevando o risco de colisões e pressionando a infraestrutura de transmissão de dados à medida que o espectro de rádio se torna saturado. Nesse contexto, a tecnologia de comunicação a laser surge como uma nova direção de conectividade para a próxima geração da exploração espacial.
Trajetória de sobrecarga
Nos últimos anos, o número de satélites em órbita da Terra aumentou em um ritmo muito acelerado. Com o lançamento do sistema Starlink em 2019, a SpaceX agora possui mais de 10.200 satélites operacionais em órbita. A Agência Espacial Europeia (ESA) prevê que, até o final da próxima década, aproximadamente 100.000 satélites poderão estar operando simultaneamente ao redor da Terra. A maioria dos satélites atuais utiliza ondas de rádio para transmitir dados para a Terra. Essa é também a tecnologia usada em telefones celulares, Wi-Fi, Bluetooth e televisão.
No entanto, as ondas de rádio ocupam apenas uma pequena fração do espectro eletromagnético (a gama de ondas e radiações que existem na natureza). A porção do espectro de radiofrequência que pode ser explorada para comunicação é limitada e, portanto, deve ser gerenciada e alocada pela União Internacional de Telecomunicações (UIT).
Barry Evans, professor de comunicações via satélite na Universidade de Surrey (Reino Unido), afirmou que a sobrecarga do espectro começa a ocorrer quando cada vez mais sistemas de satélite operam nas mesmas faixas de frequência.
Por exemplo, a Starlink e a Eutelsat OneWeb utilizam a banda Ku (aproximadamente 11-14 GHz) para transmitir dados para a Terra, aumentando o risco de interferência e sobreposição de sinais. As empresas agora precisam coordenar o compartilhamento do espectro ou ajustar os tempos de transmissão do sinal, mas especialistas acreditam que essa é apenas uma solução temporária.
Satélites operando em diferentes altitudes também podem causar interferência de sinal. Por exemplo, quando uma estação terrestre recebe um sinal da OneWeb a uma altitude de cerca de 1.200 km, um satélite Starlink voando mais baixo, em torno de 500 km, pode causar interferência temporária se passar pela área de cobertura. Esse fenômeno é chamado de Eventos em Linha. No contexto do rápido aumento de dados provenientes do espaço, considera-se improvável que as ondas de rádio atendam adequadamente às demandas de longo prazo por transmissão de vídeo de alta resolução, dados de sensores e internet global via satélite.
Desafio técnico
Diante dessa pressão, a indústria espacial está se voltando para o uso de lasers na transmissão de dados. Ao contrário das ondas de rádio, que se propagam amplamente no espaço, os lasers viajam em feixes muito estreitos, tornando-os praticamente imunes à interferência de outros sistemas, aumentando assim a velocidade de transmissão de dados e melhorando a segurança.
Dalius Petrolionis, cofundador e diretor de tecnologia da Astrolight (Lituânia), afirmou que muitos satélites de última geração já integram enlaces a laser. Na rede Starlink, os dados entre satélites já são transmitidos via laser em algumas conexões espaciais. No entanto, a comunicação a laser de satélites para a Terra continua sendo um grande desafio técnico, pois os lasers são muito sensíveis às condições atmosféricas. Nuvens, neblina, vapor d'água ou flutuações de temperatura no ar podem distorcer o sinal.
Para superar essa limitação, as empresas estão desenvolvendo sistemas de compensação de interferência óptica (AO), que permitem que o feixe de laser se ajuste automaticamente às flutuações atmosféricas em tempo real. Esses sistemas normalmente incluem sensores de frente de onda para medir a distorção do sinal, espelhos de distorção para corrigir o feixe de laser e um computador de controle de alta velocidade.
Segundo a NASA, alguns sistemas chegam a usar dois tipos de espelhos de deformação operando em paralelo, onde um espelho lida com deformações grandes e lentas, e o outro com oscilações pequenas e rápidas. Os controladores precisam fazer aproximadamente de 100 a 1.000 ajustes por segundo.
Em um teste de transmissão de dados a laser de 5 Gbps, o sistema de óptica adaptativa, composto por 137 elementos de controle, reduziu a taxa de erro de dados para menos de 10⁻⁶, equivalente a menos de 1 erro por milhão de bits de dados, eliminando virtualmente quaisquer discrepâncias significativas.
Além da distorção do sinal, os sistemas de transmissão a laser também precisam lidar com a intensidade luminosa variável devido à turbulência atmosférica. Algumas redes de transmissão a laser utilizam estrelas artificiais para criar pontos de referência, auxiliando na medição precisa do nível de turbulência atmosférica. Além do hardware óptico, as empresas também aplicam inteligência artificial e algoritmos de aprendizado de máquina para reduzir custos e acelerar o processamento do sinal.
A NASA testou recentemente com sucesso um sistema de comunicação a laser na espaçonave Orion, parte do programa Artemis II, transmitindo mais de 100 GB de dados das proximidades da Lua de volta à Terra. Enquanto isso, a Astrolight, uma empresa lituana de tecnologia espacial, está construindo sua primeira estação terrestre óptica na Groenlândia com o apoio da ESA e lançou três transmissores a laser experimentais em órbita.
A comunicação óptica, também conhecida como comunicação a laser, utiliza raios infravermelhos em vez das tradicionais ondas de rádio para enviar dados entre satélites ou de satélites para a Terra. Essa tecnologia permite velocidades de transmissão de dados mais altas, menor consumo de energia e praticamente nenhuma interferência de sinal.
Fonte: https://www.sggp.org.vn/cuoc-dua-truyen-du-lieu-bang-tia-laser-post854231.html
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