La cúpula de la Estación Terrestre Óptica 2 de la Demostración de Repetidores de Comunicación Láser de la NASA en Haleakalā, Hawái, que se ve aquí, es una de las dos estaciones terrestres que se comunicarán con la misión. Créditos: NASA

Dos estaciones terrestres ópticas, incluida una administrada por JPL, respaldarán la misión de demostración de repetidor de comunicaciones láser de la NASA cuando se lance este otoño.

La NASA lanza satélites, rovers y orbitadores para investigar el lugar de la humanidad en la Vía Láctea. Cuando estas misiones llegan a sus destinos, sus instrumentos científicos capturan imágenes, videos y conocimientos valiosos sobre el cosmos. La infraestructura de comunicaciones en el espacio y en tierra permite que los datos recopilados por estas misiones lleguen a la Tierra. Sin estaciones terrestres para recibirlo, los datos extraordinarios capturados por estas misiones quedarían atrapados en el espacio, sin poder llegar a los científicos e investigadores de la Tierra.

Desde los albores de la exploración espacial, las misiones de la NASA se han basado principalmente en las comunicaciones por radiofrecuencia para esta transferencia de información. Pero este otoño, la demostración de repetidor de comunicaciones láser (LCRD) de la NASA lanzará y probará comunicaciones láser, una forma revolucionaria de comunicar datos desde el espacio a la tierra.

Las estaciones terrestres de LCRD, conocidas como Optical Ground Station (OGS) -1 y -2, están ubicadas en Table Mountain, California, y Haleakalā, Hawaii. Estos lugares remotos y de gran altitud fueron elegidos por sus claras condiciones climáticas. Si bien las comunicaciones láser pueden proporcionar mayores tasas de transferencia de datos, las perturbaciones atmosféricas, como las nubes y las turbulencias, pueden interrumpir las señales láser cuando atraviesan la atmósfera de la Tierra.

«Por la forma en que funciona la meteorología local, hay un mínimo de polvo y menos turbulencia atmosférica en la cima de la montaña, lo cual es excelente para las comunicaciones láser», dijo Ron Miller del Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA y exlíder de desarrollo de OGS-2 en Hawai. “Está a unos 10,000 pies de altura, por lo que estás por encima de gran parte de la atmósfera y el clima que se produce debajo de la cumbre. Es muy común tener un buen día soleado en la cima y estar nublado en el punto medio de la montaña «.

La misión LCRD se comunicará con dos estaciones terrestres, en Table Mountain, California, y Haleakalā, Hawaii, para demostrar las comunicaciones ópticas entre el espacio y la Tierra. Créditos: Centro de vuelos espaciales Goddard de la NASA

Los ingenieros de comunicaciones de la NASA seleccionaron estos sitios porque sus patrones climáticos típicamente se complementan entre sí. Cuando OGS-1 en California está nublado, OGS-2 en Hawaii tiende a estar despejado, y viceversa. Para monitorear la cobertura de nubes y determinar qué estación se utilizará, el socio comercial Northrop Grumman proporcionó una estación de monitoreo atmosférico que observa las condiciones climáticas en Haleakalā. Esta estación de monitoreo funciona de manera casi autónoma las 24 horas del día, los siete días de la semana. OGS-1 tiene capacidades similares de monitoreo del clima en Table Mountain.

A pesar del clima generalmente despejado en estos lugares, los ingenieros de la NASA aún deben trabajar para reducir los efectos de la turbulencia atmosférica en los datos recibidos por OGS-1 y OGS-2. Para hacer esto, ambas estaciones aprovechan el poder de la óptica adaptativa.

«Un sistema de óptica adaptativa utiliza un sensor para medir la distorsión de la señal electromagnética que proviene de la nave espacial», dijo Tom Roberts, gerente de desarrollo y operaciones de OGS-1 en el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA en el sur de California. “Si podemos medir esa distorsión, entonces podemos enviarla a través de un espejo deformable que cambia de forma para eliminar esas aberraciones que induce la atmósfera. Eso nos permite tener una señal mejorada e impecable «.

Si bien OGS-2 se desarrolló específicamente para la misión LCRD, OGS-1 tiene su sede en el Laboratorio del Telescopio de Comunicaciones Ópticas de JPL, que antes de LCRD se utilizó para otras demostraciones de comunicaciones láser. Para preparar OGS-1 para el soporte LCRD, los ingenieros tuvieron que actualizar la estación terrestre, modificando el sistema para llevarlo a un estándar más alto. Una de esas mejoras implicó reemplazar los espejos para tener una mejor reflectividad y umbrales láser más altos para que el telescopio pueda recibir y enviar señales láser desde y hacia LCRD.

Antes del apoyo a la misión, LCRD pasará aproximadamente dos años realizando pruebas y experimentos. Durante este tiempo, OGS-1 y OGS-2 actuarán como usuarios simulados, enviando datos desde una estación a LCRD y luego a la siguiente. Estas pruebas permitirán a la comunidad aeroespacial aprender de LCRD y perfeccionar aún más la tecnología para la implementación futura de sistemas de comunicaciones láser.

Después de la fase experimental, LCRD apoyará misiones en el espacio. Las misiones, como una terminal en la Estación Espacial Internacional, enviarán datos a LCRD, que luego los transmitirá a OGS-1 o OGS-2.

LCRD es una carga útil alojada en el Programa de pruebas espaciales Satellite-6 del Departamento de Defensa (STPSat-6). Si bien LCRD es una carga útil de comunicaciones láser, la nave espacial seguirá teniendo una conexión de radiofrecuencia a tierra. La terminal de enlace de carga útil a tierra (PGLT) ubicada en el complejo White Sands cerca de Las Cruces, Nuevo México, comunicará datos de seguimiento, telemetría y comando a la nave espacial a través de ondas de radio.

La NASA administra los elementos terrestres de LCRD, OGS-1, OGS-2 y PGLT, desde el centro de operaciones de la misión de LCRD en White Sands.

«El centro de operaciones de la misión es el cerebro central del sistema LCRD», dijo Miriam Wennersten, gerente de segmento terrestre de LCRD de NASA Goddard. «Coordina la configuración de la carga útil y las tres estaciones terrestres al mismo tiempo, programando los diversos servicios ópticos y enlaces».

Sin una infraestructura terrestre, los datos científicos y de exploración extraordinarios no llegarían a los investigadores de la Tierra. El segmento terrestre de LCRD será fundamental para el éxito de la misión, proporcionando a los ingenieros la oportunidad de probar y perfeccionar las comunicaciones láser. A su vez, LCRD marcará el comienzo de una nueva era de comunicaciones láser, donde las misiones tendrán acceso sin precedentes a información obtenida de satélites y sondas en el espacio.

Más sobre la misión

STPSat-6, parte de la misión Space Test Program 3 (STP-3), se lanzará en un cohete United Launch Alliance Atlas V 551 desde la Estación de la Fuerza Espacial de Cabo Cañaveral en Florida no antes del 22 de noviembre de 2021. STP es administrado por el Comando de Sistemas Espaciales de la Fuerza Espacial de los Estados Unidos.

LCRD está dirigido por NASA Goddard y en asociación con JPL y el MIT Lincoln Laboratory. 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 Navegación y Comunicaciones Espaciales (SCaN) en la Sede de la NASA. NASA Goddard administra OGS-2, mientras que JPL administra OGS-1.

Traducción no oficial con fines divulgativos del artículo original en Inglés.
Créditos: NASA / JPL-Caltech
Autor artículo original en Ingles: Katherine Schauer, Centro de vuelo espacial Goddard de la NASA, Greenbelt, Maryland.

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