O sistema de comunicações alcança o link a laser mais rápido do espaço ainda

Dec 04, 2023

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Em maio de 2022, a carga útil TeraByte InfraRed Delivery (TBIRD) a bordo de um pequeno satélite CubeSat foi lançada em órbita a 300 milhas acima da superfície da Terra. Desde então, o TBIRD forneceu terabytes de dados a taxas recordes de até 100 gigabits por segundo – 100 vezes mais rápido que as velocidades mais rápidas da Internet na maioria das cidades – por meio de um link de comunicação óptica para um receptor terrestre na Califórnia. Essa taxa de dados é mais de 1.000 vezes maior que a dos enlaces de radiofrequência tradicionalmente usados ​​para comunicação via satélite e a mais alta já alcançada por um enlace a laser do espaço ao solo. E todas essas velocidades recordes foram possíveis graças a uma carga útil de comunicações aproximadamente do tamanho de uma caixa de lenços de papel.

O Laboratório Lincoln do MIT conceituou a missão TBIRD em 2014 como um meio de fornecer capacidade sem precedentes para missões científicas a baixo custo. Atualmente, os instrumentos científicos no espaço geram rotineiramente mais dados do que os que podem ser devolvidos à Terra por meio de links típicos de comunicação espaço-terra. Com terminais terrestres e de espaço pequenos e de baixo custo, o TBIRD pode permitir que cientistas de todo o mundo aproveitem totalmente as comunicações a laser para fazer o downlink de todos os dados com os quais eles poderiam sonhar.

Projetado e construído no Lincoln Laboratory, a carga útil de comunicações TBIRD foi integrada a um CubeSat fabricado pela Terran Orbital como parte do programa Pathfinder Technology Demonstrator da NASA. O NASA Ames Research Center estabeleceu este programa para desenvolver um ônibus CubeSat (o "veículo" que alimenta e dirige a carga útil) para colocar em órbita os demonstradores de ciência e tecnologia de forma mais rápida e econômica. Pesando aproximadamente 25 libras e do tamanho de duas caixas de cereal empilhadas, o CubeSat foi lançado em órbita baixa da Terra (LEO) a bordo da missão de carona Transporter-5 da Space X da Estação da Força Espacial de Cabo Canaveral na Flórida em maio de 2022. A estação terrestre óptica é localizado em Table Mountain, Califórnia, onde a maior parte do clima ocorre abaixo do cume da montanha, tornando esta parte do céu relativamente clara para comunicação a laser. Esta estação terrestre utiliza o telescópio de um metro e a óptica adaptativa (para corrigir as distorções causadas pela turbulência atmosférica) no Laboratório de Telescópio de Comunicações Ópticas do Laboratório de Propulsão a Jato da NASA, com o Lincoln Laboratory fornecendo o hardware de comunicações terrestres específico do TBIRD.

"Demonstramos uma taxa de dados mais alta do que nunca em um pacote menor do que nunca", disse Jade Wang, gerente de programa do laboratório para carga útil TBIRD e comunicações terrestres e líder assistente do Grupo de Tecnologia de Comunicações Ópticas e Quânticas. "Embora o envio de dados do espaço usando lasers possa parecer futurista, o mesmo conceito técnico está por trás da internet de fibra óptica que usamos todos os dias. A diferença é que as transmissões de laser estão ocorrendo na atmosfera aberta, e não em fibras contidas."

Das ondas de rádio à luz laser

Seja videoconferência, jogos ou streaming de filmes em alta definição, você está usando links de alta taxa de dados que passam por fibras ópticas feitas de vidro (ou às vezes de plástico). Com aproximadamente o diâmetro de um fio de cabelo humano, essas fibras são agrupadas em cabos, que transmitem dados por meio de pulsos de luz de alta velocidade de um laser ou outra fonte. As comunicações de fibra óptica são fundamentais para a era da Internet, na qual grandes quantidades de dados devem ser distribuídas de forma rápida e confiável em todo o mundo todos os dias.

Para satélites, no entanto, ainda não existe uma internet de alta velocidade baseada em comunicações a laser. Desde o início dos voos espaciais na década de 1950, as missões contam com frequências de rádio para enviar dados de e para o espaço. Em comparação com as ondas de rádio, a luz infravermelha empregada nas comunicações a laser tem uma frequência muito maior (ou comprimento de onda menor), o que permite que mais dados sejam incluídos em cada transmissão. As comunicações a laser permitirão que os cientistas enviem de 100 a 1.000 vezes mais dados do que os sistemas de radiofrequência de hoje - semelhante à nossa mudança terrestre de dial-up para internet de alta velocidade.