El proyecto ha superado todos sus objetivos técnicos tras dos años, sentando las bases de las comunicaciones de alta velocidad para las futuras misiones tripuladas de la NASA a Marte.
La tecnología de Comunicaciones Ópticas del Espacio Profundo de la NASA demostró con éxito que los datos codificados en láseres podían transmitirse, recibirse y decodificarse de forma fiable tras viajar millones de kilómetros desde la Tierra a distancias comparables a las de Marte. Casi dos años después de su lanzamiento a bordo de la misión Psyche de la agencia en 2023, la demostración tecnológica completó recientemente su 65.ª y última pasada, enviando una señal láser a Psyche y recibiendo la señal de retorno a 350 millones de kilómetros de distancia.
“La NASA está encaminando a Estados Unidos hacia Marte, y el avance de las tecnologías de comunicaciones láser nos acerca un paso más a la transmisión de vídeo de alta definición y a la entrega de datos valiosos desde la superficie marciana con una velocidad sin precedentes”, declaró el administrador interino de la NASA, Sean Duffy. “La tecnología facilita el descubrimiento, y estamos comprometidos a probar y demostrar las capacidades necesarias para posibilitar la Era Dorada de la exploración”.
Tecnología récord
Solo un mes después del lanzamiento, la demostración de Comunicaciones Ópticas del Espacio Profundo demostró que podía enviar una señal a la Tierra: estableció un enlace con la terminal óptica a bordo de la nave espacial Psyche.
“NASA Technology prueba hardware en el duro entorno espacial para comprender sus límites y demostrar sus capacidades”, declaró Clayton Turner, administrador asociado de la Dirección de Misiones de Tecnología Espacial en la sede de la NASA en Washington. “En dos años, esta tecnología superó nuestras expectativas, demostrando velocidades de datos comparables a las del internet de banda ancha doméstico y enviando datos de ingeniería y pruebas a la Tierra desde distancias récord”.
El 11 de diciembre de 2023, la demostración logró un hito histórico al transmitir un video de ultraalta definición a la Tierra desde más de 30 millones de kilómetros de distancia (aproximadamente 80 veces la distancia entre la Tierra y la Luna), a la velocidad máxima de bits del sistema de 267 megabits por segundo. El proyecto también superó los récords de distancia de comunicaciones ópticas el 3 de diciembre de 2024, al descargar datos de Psyche desde 493 millones de kilómetros de distancia (una distancia mayor que la distancia promedio entre la Tierra y Marte). En total, las terminales terrestres del experimento recibieron 13,6 terabits de datos de Psyche.
Cómo funciona
Gestionado por el Laboratorio de Propulsión a Chorro (JPL) de la NASA en el sur de California, el experimento consta de un transceptor láser de vuelo montado en la nave espacial Psyche, junto con dos estaciones terrestres para recibir y enviar datos desde la Tierra. Un potente láser de enlace ascendente de 3 kilovatios, ubicado en las instalaciones de Table Mountain del JPL, transmitió una señal láser a Psyche, lo que ayudó al transceptor a determinar dónde apuntar el láser de comunicaciones ópticas a la Tierra.
Tanto Psyche como la Tierra se desplazan por el espacio a velocidades tremendas, y están tan distantes entre sí que la señal láser, que viaja a la velocidad de la luz, puede tardar varios minutos en llegar a su destino. Al utilizar la precisión de puntería requerida por los transmisores láser terrestres y de vuelo para cerrar el enlace de comunicación, los equipos de la NASA demostraron que es posible establecer comunicaciones ópticas para apoyar futuras misiones en todo el sistema solar.
Otro elemento del experimento incluyó la detección y decodificación de una señal débil después de que el láser recorriera millones de kilómetros. El proyecto utilizó un telescopio de 200 pulgadas en el Observatorio Palomar de Caltech, en el condado de San Diego, como estación principal de enlace descendente, que proporcionó suficiente área de captación de luz para captar los fotones más débiles. Estos fotones se dirigieron a un conjunto de detectores de alta eficiencia en el observatorio, donde se pudo procesar la información codificada en los fotones.
“Nos enfrentamos a muchos desafíos, desde fenómenos meteorológicos que paralizaron nuestras estaciones terrestres hasta incendios forestales en el sur de California que afectaron a los miembros de nuestro equipo”, declaró Abi Biswas, tecnóloga del proyecto de Comunicaciones Ópticas en el Espacio Profundo y supervisora del JPL. “Pero perseveramos, y me enorgullece que nuestro equipo haya adoptado la rutina semanal de transmitir y recibir datos ópticamente desde Psyche. Mejoramos constantemente el rendimiento y añadimos capacidades para adaptarnos a este novedoso tipo de comunicación en el espacio profundo, llevando la tecnología al límite”.
Una nueva era brillante
En otra prueba, se transmitieron datos a una antena experimental “híbrida” de radiofrecuencia y óptica en el complejo Goldstone de la Red de Espacio Profundo, cerca de Barstow, California. La antena se modernizó con un conjunto de siete espejos, con un diámetro total de 90 cm, lo que le permitió recibir señales de radiofrecuencia y ópticas de Psyche simultáneamente.
El proyecto también utilizó el Observatorio Palomar de Caltech y un telescopio más pequeño de 1 metro en Table Mountain para recibir la misma señal de Psyche. Este proceso, conocido como “arraying”, se realiza comúnmente con antenas de radio para captar mejor las señales débiles y generar redundancia en el sistema.
“A medida que la exploración espacial continúa evolucionando, también lo hacen nuestras necesidades de transferencia de datos”, declaró Kevin Coggins, administrador asociado adjunto del programa SCaN (Comunicaciones y Navegación Espacial) de la NASA en la sede de la agencia. Las futuras misiones espaciales requerirán que los astronautas envíen imágenes de alta resolución y datos de instrumentos desde la Luna y Marte a la Tierra. Reforzar nuestras capacidades de comunicaciones por radiofrecuencia tradicionales con la potencia y las ventajas de las comunicaciones ópticas permitirá a la NASA cumplir con estos nuevos requisitos.
Esta demostración es la última de una serie de experimentos de comunicación óptica financiados por el Programa de Misiones de Demostración de Tecnología de la Dirección de Misiones de Tecnología Espacial, gestionado desde el Centro Marshall para Vuelos Espaciales de la NASA en Huntsville, Alabama, y el programa SCaN de la agencia, dentro de la Dirección de Misiones de Operaciones Espaciales. La misión Psyche está dirigida por la Universidad Estatal de Arizona. Lindy Elkins-Tanton, de la Universidad de California, Berkeley, es la investigadora principal. El Laboratorio de Propulsión a Chorro (JPL) de la NASA, gestionado por Caltech en Pasadena, California, es responsable de la gestión general de la misión.
Para obtener más información sobre la demostración de comunicaciones láser, visite https://www.jpl.nasa.gov/missions/deep-space-optical-communications-dsoc/
Traducción no oficial con fines divulgativos del artículo original en Inglés.
Créditos: NASA / JPL-Caltech