Los satélites en miniatura pueden usar láseres en lugar de ondas de radio para enviar datos de alta velocidad

• Un nuevo sistema de puntero láser podría ayudar a CubeSats a transmitir datos a velocidades mucho más altas utilizando menos recursos integrados.
• El sistema consta de un pequeño espejo orientable que dirige el láser al receptor terrestre.

Durante las últimas dos décadas, más de 2.000 CubeSats - satélites en miniatura compuestos por múltiplos de unidades de 10 * 10 * 10 centímetros cúbicos - han sido y están planeados para ser lanzados al espacio. Un solo CubeSat suele pesar menos de 1,33 kilogramos y utiliza instrumentos comerciales listos para usar para su electrónica y estructura.

Los CubeSats reducen el costo de implementación, minimizan el riesgo para el resto del vehículo de lanzamiento y las cargas útiles y, a menudo, son adecuados para el lanzamiento en múltiples. Han revolucionado la tecnología de los satélites, ya que son más asequibles de desarrollar y lanzar que las naves espaciales pesadas convencionales.

Sin embargo, durante los últimos dos años, estos satélites en miniatura han estado luchando por transferir de manera eficiente grandes volúmenes de datos a la Tierra. Su tamaño y limitaciones de poder son las dos razones principales detrás de este problema.

A medida que se incorporan componentes más complejos y con un uso intensivo de datos en satélites en miniatura, por ejemplo, generadores de imágenes hiperespectrales y radiómetros multibanda, la demanda de enlace descendente puede aumentar rápidamente hasta el punto en que resulta casi imposible utilizar comunicaciones de radiofrecuencia convencionales.

En la actualidad, los satélites utilizan ondas de radio para transmitir datos a estaciones terrestres. A casi todos los satélites importantes en el espacio se les han asignado bandas de radio de alta frecuencia para enviar rápidamente grandes volúmenes de datos a grandes antenas terrestres. Pueden acomodar equipos más grandes necesarios para admitir la transmisión de datos de alta velocidad.

Los CubeSats, por otro lado, son de tamaño relativamente pequeño y tienen acceso limitado a las bandas de radio de alta frecuencia. Además, estos satélites no pueden acomodar transmisores que consuman energía adecuados para enlaces descendentes de datos de alta velocidad.

La solución:sistema de puntero láser

Ahora, los investigadores del MIT han ideado un sistema de puntero láser, casi del tamaño del cubo de Rubik, para estos satélites en miniatura que les permite transmitir datos a velocidades mucho más altas utilizando menos recursos integrados.

Permitirá que un CubeSat que pasa sobre una estación terrestre transmita terabytes de datos con cada sobrevuelo. Si este sistema de puntero láser se emplea en varios CubeSats en órbita, pueden ofrecer una cobertura global y en tiempo real.

Referencia:Ingeniería óptica | doi:10.1117 / 1.OE.58.4.041605 | MIT

Aunque el láser puede transportar muchos más datos, los sistemas de comunicación basados ​​en láseres presentan un desafío excepcional. Dado que los rayos láser son muy estrechos, deben dirigirse con precisión a los receptores terrestres, lo que no es tan fácil como los sonidos.

La nueva plataforma de puntero láser minimizaría el tiempo y la energía necesarios para un enlace descendente, al tiempo que lograría velocidades de transmisión más altas. Consiste en un pequeño espejo orientable con sistema microelectromecánico (MEMS) que mira hacia un rayo láser y está alineado de tal manera que el láser puede rebotar en el espejo hacia el espacio y hacia una antena terrestre.

Una viga adicional

Estos espejos tienen varias ventajas, por ejemplo, la posición del espejo se puede corregir incluso si todo el satélite se desalinea levemente, pero no brindan información sobre dónde están dirigiendo el rayo láser.

Nueva plataforma de puntero láser | Crédito:MIT

Para hacer frente a este tipo de situaciones, los investigadores incorporaron una longitud de onda láser adicional en su sistema. Ajusta automáticamente la posición del espejo para dirigir el láser al receptor terrestre.

El sistema de puntero láser agrega un rayo de calibración de diferente longitud de onda (color) al rayo de datos. Ahora hay dos haces que se reflejan en el espejo:el segundo pasa a través de un elemento óptico llamado divisor de haz dicroico, que desvía el haz de calibración (a una longitud de onda particular, es decir, el color adicional) lejos del haz de datos.

Mientras el láser se mueve hacia la antena terrestre, el rayo desviado apunta hacia una cámara a bordo. La cámara también recibe el haz procedente de la antena terrestre.

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Luego, el sistema hace coincidir ambos haces y si ambos aterrizan en el mismo lugar en el sensor de la cámara, el espejo MEMS integrado está perfectamente alineado. De lo contrario, se utiliza un algoritmo personalizado para inclinar el espejo a su posición correcta.