A NASA está testando tecnologias no espaço e no solo que poderiam aumentar a largura de banda para transmitir dados científicos mais complexos e até mesmo transmitir vídeos de Marte.
Com lançamento previsto para este outono, o projeto Deep Space Optical Communications (DSOC) da NASA testará como os lasers poderiam acelerar a transmissão de dados muito além da capacidade dos atuais sistemas de radiofrequência usados no espaço. O que é conhecido como demonstração de tecnologia, o DSOC pode abrir caminho para comunicações de banda larga que ajudarão a apoiar o próximo salto gigante da humanidade: quando a NASA enviar astronautas a Marte.
O transceptor laser infravermelho próximo DSOC (um dispositivo que pode enviar e receber dados) irá “pegar carona” na missão Psyche da NASA quando for lançada em outubro para um asteroide rico em metal de mesmo nome. Durante os primeiros dois anos da viagem, o transceptor se comunicará com duas estações terrestres no sul da Califórnia, testando detectores altamente sensíveis, poderosos transmissores de laser e novos métodos para decodificar sinais que o transceptor envia do espaço profundo.
O potencial da comunicação óptica
A NASA está focada na comunicação a laser, ou óptica, devido ao seu potencial para ultrapassar a largura de banda das ondas de rádio, nas quais a agência espacial confia há mais de meio século. As comunicações por rádio e laser infravermelho próximo usam ondas eletromagnéticas para transmitir dados, mas a luz infravermelha próxima agrupa os dados em ondas significativamente mais estreitas, permitindo que as estações terrestres recebam mais dados de uma só vez.
“O DSOC foi projetado para demonstrar 10 a 100 vezes a capacidade de retorno de dados dos sistemas de rádio de última geração usados no espaço atualmente”, disse Abi Biswas, tecnólogo do projeto DSOC no Laboratório de Propulsão a Jato da NASA no sul da Califórnia. “As comunicações a laser de alta largura de banda para a órbita próxima da Terra e para satélites em órbita da Lua foram comprovadas, mas o espaço profundo apresenta novos desafios.”
Há mais missões do que nunca rumo ao espaço profundo, e elas prometem produzir exponencialmente mais dados do que missões anteriores na forma de medições científicas complexas, imagens de alta definição e vídeo. Portanto, experimentos como o DSOC desempenharão um papel crucial para ajudar a NASA a desenvolver tecnologias que poderão ser usadas rotineiramente por espaçonaves e sistemas terrestres no futuro.
“O DSOC representa a próxima fase dos planos da NASA para o desenvolvimento de tecnologias revolucionárias de comunicações melhoradas que tenham a capacidade de aumentar as transmissões de dados do espaço – o que é fundamental para as ambições futuras da agência”, disse Trudy Kortes, diretora do programa Technology Demonstrations Missions (TDM). na sede da NASA em Washington. “Estamos entusiasmados por ter a oportunidade de testar esta tecnologia durante o voo do Psyche.”
Tecnologias inovadoras
O transceptor montado no Psyche apresenta várias novas tecnologias, incluindo uma câmera de contagem de fótons nunca antes voada acoplada a um telescópio de abertura de 8,6 polegadas (22 centímetros) que se projeta na lateral da espaçonave. O transceptor irá procurar e “travar” de forma autônoma o uplink de laser infravermelho próximo de alta potência transmitido pelo Laboratório de Telescópio de Comunicação Óptica nas instalações de Table Mountain do JPL, perto de Wrightwood, Califórnia. O uplink do laser também demonstrará o envio de comandos ao transceptor.
“O poderoso laser uplink é uma parte crítica desta demonstração tecnológica para taxas mais altas para espaçonaves, e atualizações em nossos sistemas terrestres permitirão comunicações ópticas para futuras missões no espaço profundo”, disse Jason Mitchell, executivo do programa de Comunicações e Navegação Espacial da NASA (SCaN ) programa na sede da NASA.
Uma vez travado no laser de uplink, o transceptor localizará o Telescópio Hale de 200 polegadas (5,1 metros) no Observatório Palomar da Caltech, no condado de San Diego, Califórnia, cerca de 100 milhas (130 quilômetros) ao sul da Table Mountain. O transceptor usará então seu laser infravermelho próximo para transmitir dados de alta taxa até Palomar. As vibrações da espaçonave que, de outra forma, poderiam desviar o laser do alvo serão amortecidas pelos suportes de última geração que prendem o transceptor ao Psyche.
Para receber o laser de downlink de alta taxa do transceptor DSOC, o Telescópio Hale foi equipado com um novo conjunto de detector de fóton único de nanofio supercondutor. A montagem é resfriada criogenicamente para que um único fóton de laser incidente (uma partícula quântica de luz) possa ser detectado e seu tempo de chegada registrado. Transmitida como um trem de pulsos, a luz laser deve viajar mais de 200 milhões de milhas (300 milhões de quilômetros) – a distância mais distante que a espaçonave estará durante esta demonstração tecnológica – antes que os sinais fracos possam ser detectados e processados para extrair a informação.
“Cada componente do DSOC exibe nova tecnologia, desde os lasers de uplink de alta potência até o sistema apontador no telescópio do transceptor e até os detectores extremamente sensíveis que podem contar os fótons individuais à medida que chegam”, disse Bill Klipstein do JPL, o projeto DSOC gerente. “A equipe ainda precisou desenvolver novas técnicas de processamento de sinais para extrair informações desses sinais fracos transmitidos por grandes distâncias.”
Desafios e Inovações
As imensas distâncias envolvidas representam outro desafio para a demonstração tecnológica: quanto mais longe Psyche viajar, mais tempo os fótons levarão para chegar ao seu destino, criando um atraso de até dezenas de minutos. As posições da Terra e da nave espacial mudarão constantemente enquanto os fotões do laser viajam, pelo que este atraso terá de ser compensado.
“Apontar o laser e travá-lo ao longo de milhões de quilômetros enquanto lida com o movimento relativo da Terra e da Psique representa um desafio emocionante para o nosso projeto”, disse Biswas.
Mais sobre a missão
O DSOC demonstrará operações por quase dois anos após o lançamento da missão Psyche da NASA durante a rota para seu sobrevôo em Marte em 2026. Embora o transceptor DSOC seja hospedado pela espaçonave Psyche, a demonstração técnica não transmitirá dados da missão Psyche. O sucesso de cada projeto é avaliado independentemente do outro.
Publicado em 07/09/2023 23h33
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