Com lançamento neste verão, o Laser Communications Relay Demonstration (LCRD) da NASA mostrará os poderes dinâmicos das tecnologias de comunicação a laser.
Com a presença humana e robótica cada vez maior da NASA no espaço, as missões podem se beneficiar de uma nova maneira de “falar” com a Terra.
Desde o início dos voos espaciais na década de 1950, as missões da NASA alavancaram as comunicações de radiofrequência para enviar dados de e para o espaço. As comunicações a laser, também conhecidas como comunicações ópticas, fortalecerão ainda mais as missões com recursos de dados sem precedentes.
Por que lasers?
À medida que os instrumentos científicos evoluem para capturar dados de alta definição, como vídeo 4K, as missões precisarão de meios rápidos para transmitir informações para a Terra. Com as comunicações a laser, a NASA pode acelerar significativamente o processo de transferência de dados e capacitar mais descobertas.
As comunicações a laser permitirão de 10 a 100 vezes mais dados transmitidos de volta à Terra do que os atuais sistemas de radiofrequência. Levaria cerca de nove semanas para transmitir um mapa completo de Marte de volta à Terra com os atuais sistemas de radiofrequência. Com lasers, demoraria cerca de nove dias.
Além disso, os sistemas de comunicação a laser são ideais para missões porque precisam de menos volume, peso e potência. Menos massa significa mais espaço para instrumentos científicos, e menos energia significa menos dreno de sistemas de energia de espaçonaves. Todas essas são considerações extremamente importantes para a NASA ao projetar e desenvolver conceitos de missão.
“O LCRD demonstrará todas as vantagens do uso de sistemas a laser e nos permitirá aprender como usá-los da melhor maneira operacional”, disse o investigador principal David Israel do Goddard Space Flight Center da NASA em Greenbelt, Maryland. “Com essa capacidade ainda mais comprovada, podemos começar a implementar comunicações a laser em mais missões, tornando-a uma forma padronizada de enviar e receber dados.”
Como funciona
Tanto as ondas de rádio quanto a luz infravermelha são radiação eletromagnética com comprimentos de onda em diferentes pontos do espectro eletromagnético. Como as ondas de rádio, a luz infravermelha é invisível ao olho humano, mas a encontramos todos os dias com coisas como controles remotos de televisão e lâmpadas de calor.
As missões modulam seus dados nos sinais eletromagnéticos para percorrer as distâncias entre a espaçonave e as estações terrestres na Terra. Conforme a comunicação viaja, as ondas se espalham.
A luz infravermelha usada para comunicações a laser difere das ondas de rádio porque a luz infravermelha compacta os dados em ondas significativamente mais compactas, o que significa que as estações terrestres podem receber mais dados de uma vez. Embora as comunicações a laser não sejam necessariamente mais rápidas, mais dados podem ser transmitidos em um downlink.
Os terminais de comunicação a laser no espaço usam larguras de feixe mais estreitas do que os sistemas de radiofrequência, fornecendo “pegadas” menores que podem minimizar a interferência ou melhorar a segurança ao reduzir drasticamente a área geográfica onde alguém poderia interceptar um link de comunicação. No entanto, um telescópio de comunicação a laser apontando para uma estação terrestre deve ser exato ao transmitir de milhares ou milhões de quilômetros de distância. Um desvio de até mesmo uma fração de grau pode resultar no laser errando totalmente o alvo. Como um quarterback jogando uma bola de futebol para um receptor, o quarterback precisa saber para onde enviar a bola de futebol, ou seja, o sinal, para que o receptor possa pegar a bola na passada. Os engenheiros de comunicação a laser da NASA desenvolveram missões a laser intrincadamente para garantir que essa conexão possa acontecer.
Demonstração do relé de comunicação a laser
Localizado em órbita geossíncrona, cerca de 22.000 milhas acima da Terra, o LCRD será capaz de apoiar missões na região próxima à Terra. O LCRD passará seus primeiros dois anos testando as capacidades de comunicação de laser com vários experimentos para refinar ainda mais as tecnologias de laser, aumentando nosso conhecimento sobre potenciais aplicações futuras.
A fase inicial de experimentos do LCRD aproveitará as estações terrestres da missão na Califórnia e no Havaí, Optical Ground Station 1 e 2, como usuários simulados. Isso permitirá que a NASA avalie os distúrbios atmosféricos nos lasers e pratique a troca de suporte de um usuário para o outro. Após a fase de experimento, o LCRD fará a transição para apoiar missões espaciais, enviando e recebendo dados de e para satélites por meio de lasers infravermelhos para demonstrar os benefícios de um sistema de relé de comunicação a laser.
O primeiro usuário do LCRD no espaço será o Modem de Usuário e Terminal Amplificador de Órbita Terrestre LCRD Integrado LCRD da NASA (ILLUMA-T), que deve ser lançado na Estação Espacial Internacional em 2022. O terminal receberá dados científicos de alta qualidade de experimentos e instrumentos a bordo da estação espacial e, em seguida, transferir esses dados para o LCRD a 1,2 gigabits por segundo. O LCRD irá então transmiti-lo para as estações terrestres na mesma taxa.
O LCRD e o ILLUMA-T seguem a inovadora Demonstração de Comunicações do Laser Lunar de 2013, que baixou dados por meio de um sinal de laser a 622 megabits por segundo, provando as capacidades dos sistemas de laser na Lua. A NASA tem muitas outras missões de comunicação a laser atualmente em diferentes estágios de desenvolvimento. Cada uma dessas missões aumentará nosso conhecimento sobre os benefícios e desafios das comunicações a laser e padronizará ainda mais a tecnologia.
O LCRD está programado para ser lançado como uma carga útil em uma espaçonave do Departamento de Defesa em 23 de junho de 2021.
LCRD é uma carga útil da NASA a bordo do Programa de Teste Espacial Satellite-6 do Departamento de Defesa (STPSat-6). O STPSat-6, parte da terceira missão do Programa de Teste Espacial (STP-3), será lançado em um foguete Atlas V 551 da United Launch Alliance da Estação da Força Espacial de Cabo Canaveral, na Flórida. O STP é operado pelo Centro de Sistemas Espaciais e de Mísseis da Força Espacial dos Estados Unidos.
O LCRD é liderado por Goddard e em parceria com o Jet Propulsion Laboratory da NASA no sul da Califórnia e o MIT Lincoln Laboratory. O LCRD é financiado pelo programa de missões de demonstração de tecnologia da NASA, parte da Diretoria de Missão de Tecnologia Espacial, e do programa de Comunicações e Navegação Espacial (SCaN), dentro da Diretoria de Missão de Exploração Humana e Operações.
Publicado em 17/05/2021 16h09
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