Obtención de datos de la NASA al suelo con láseres

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 e información valiosa 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 embargo, sin estaciones terrestres que los reciban, los extraordinarios datos capturados por estas misiones quedarían atrapados en el espacio, sin poder llegar a los científicos e investigadores en la Tierra.

Desde los albores de la exploración espacial, las misiones de la NASA se han basado principalmente en comunicaciones de radiofrecuencia para esta transferencia de información. La Demostración de retransmisión de comunicaciones láser (LCRD) con base en el espacio de la NASA mostrará las comunicaciones láser, una forma revolucionaria de comunicar datos desde el espacio a la tierra.

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

“De 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 por láser”, dijo Ron Miller del Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA. “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 alrededor del punto medio de la montaña".

Los ingenieros de comunicaciones de la NASA seleccionaron estos sitios porque sus patrones climáticos generalmente se complementan entre sí. Cuando OGS-1 en California está nublado, OGS-2 en Hawái 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 casi de forma 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 ello, 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 agradable y prístina”.

Si bien el OGS-2 se desarrolló específicamente para la misión LCRD, el OGS-1 se basa en el Laboratorio del Telescopio de Comunicaciones Ópticas del JPL, que se utilizó para demostraciones anteriores de comunicaciones por láser. Para preparar el OGS-1 para el soporte de LCRD, los ingenieros tuvieron que actualizar la estación terrestre. Una de esas actualizaciones implicó reemplazar los espejos para tener una mejor reflectividad y un láser más alto.

Antes del apoyo a la misión, LCRD pasará unos dos años realizando pruebas y experimentos. Durante este tiempo, OGS-1 y OGS-2 actuarán como usuarios simulados, enviando datos de 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 futura implementación de sistemas de comunicaciones por 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 u OGS-2.

LCRD es una carga útil alojada en el Satélite-6 del Programa de Pruebas Espaciales del Departamento de Defensa (STP-Sat-6). Si bien LCRD es una carga útil de comunicaciones láser, la nave espacial seguirá teniendo una conexión de radiofrecuencia con el suelo. 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 del 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 y enlaces ópticos".

Sin infraestructura terrestre, los datos científicos y de exploración extraordinarios no llegarían a los investigadores en la Tierra. El segmento terrestre de LCRD será fundamental para el éxito de la misión, brindando 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, en la que las misiones tendrán un acceso sin precedentes a información obtenida de satélites y sondas en el espacio.