Lanciato questa estate, il Laser Communications Relay Demonstration (LCRD) della NASA metterà in mostra i poteri dinamici delle tecnologie di comunicazione laser. Con la sempre crescente presenza umana e robotica nello spazio, le missioni possono beneficiare di un nuovo modo di “parlare” con la Terra.

Dagli inizi del volo spaziale negli anni ’50, le missioni della NASA hanno sfruttato le comunicazioni in radiofrequenza per inviare dati da e verso lo spazio. Le comunicazioni laser, note anche come comunicazioni ottiche, rafforzeranno ulteriormente le missioni con capacità di dati senza precedenti.

Man mano che gli strumenti scientifici si evolvono per acquisire dati ad alta definizione come i video 4K, le missioni avranno bisogno di modi rapidi per trasmettere informazioni alla Terra. Con le comunicazioni laser, la NASA può accelerare in modo significativo il processo di trasferimento dei dati e consentire più scoperte.

Le comunicazioni laser consentiranno di ritrasmettere sulla Terra da 10 a 100 volte più dati rispetto agli attuali sistemi di radiofrequenza. Ci vorrebbero circa nove settimane per trasmettere una mappa completa di Marte sulla Terra con gli attuali sistemi di radiofrequenza. Con i laser, ci vorrebbero circa nove giorni.

Inoltre, i sistemi di comunicazione laser sono ideali per le missioni perché richiedono meno volume, peso e potenza. Meno massa significa più spazio per gli strumenti scientifici e meno potenza significa meno prosciugamento dei sistemi di alimentazione dei veicoli spaziali. Queste sono tutte considerazioni di fondamentale importanza per la NASA durante la progettazione e lo sviluppo di concetti di missione.

“LCRD dimostrerà tutti i vantaggi dell’utilizzo di sistemi laser e ci consentirà di apprendere come utilizzarli al meglio dal punto di vista operativo”, ha affermato il Principal Investigator David Israel del Goddard Space Flight Center della NASA a Greenbelt, nel Maryland. “Con questa capacità ulteriormente dimostrata, possiamo iniziare a implementare comunicazioni laser su più missioni, rendendolo un modo standardizzato per inviare e ricevere dati”.

Sia le onde radio che la luce infrarossa sono radiazioni elettromagnetiche con lunghezze d’onda in diversi punti dello spettro elettromagnetico. Come le onde radio, la luce a infrarossi è invisibile all’occhio umano, ma la incontriamo ogni giorno con cose come telecomandi televisivi e lampade termiche.

La luce a infrarossi utilizzata per le comunicazioni laser è diversa dalle onde radio perché la luce a infrarossi racchiude i dati in onde significativamente più strette, il che significa che le stazioni di terra possono ricevere più dati contemporaneamente. Sebbene le comunicazioni laser non siano necessariamente più veloci, è possibile trasmettere più dati in un unico downlink.

I terminali di comunicazione laser nello spazio utilizzano larghezze del fascio più strette rispetto ai sistemi a radiofrequenza, fornendo “impronte” più piccole che possono ridurre al minimo le interferenze o migliorare la sicurezza riducendo drasticamente l’area geografica in cui qualcuno potrebbe intercettare un collegamento di comunicazione.

Tuttavia, un telescopio per comunicazioni laser che punta a una stazione di terra deve essere preciso quando trasmette da migliaia o milioni di miglia di distanza. Una deviazione anche di una frazione di grado può far sì che il laser manchi completamente il bersaglio. Come un quarterback che lancia un pallone a un ricevitore, il quarterback deve sapere dove inviare il pallone, cioè il segnale, in modo che il ricevitore possa afferrare il pallone con passo deciso. Gli ingegneri delle comunicazioni laser della NASA hanno progettato missioni laser complesse per garantire che questa connessione possa avvenire.

Situato in un’orbita geosincrona, a circa 22.000 miglia sopra la Terra, LCRD sarà in grado di supportare missioni nella regione vicino alla Terra. LCRD impiegherà i suoi primi due anni a testare le capacità di comunicazione laser con numerosi esperimenti per perfezionare ulteriormente le tecnologie laser, aumentando la nostra conoscenza sulle potenziali applicazioni future.

La fase iniziale dell’esperimento di LCRD farà leva sulle stazioni di terra della missione in California e Hawaii, Optical Ground Station 1 e 2, come utenti simulati. Ciò consentirà alla NASA di valutare i disturbi atmosferici sui laser e di praticare il passaggio del supporto da un utente all’altro.

Dopo la fase sperimentale, LCRD passerà al supporto di missioni spaziali, inviando e ricevendo dati da e verso satelliti tramite laser a infrarossi per dimostrare i vantaggi di un sistema di trasmissione di comunicazioni laser.

Il primo utente nello spazio di LCRD sarà il terminale utente e amplificatore integrato LCRD Low-Earth Orbit (ILLUMA-T) della NASA, che sarà lanciato sulla Stazione Spaziale Internazionale nel 2022. Il terminale riceverà dati scientifici di alta qualità. da esperimenti e strumenti a bordo della stazione spaziale e quindi trasferire questi dati a LCRD a 1,2 gigabit al secondo. LCRD lo trasmetterà quindi alle stazioni di terra alla stessa velocità.

LCRD e ILLUMA-T seguono la rivoluzionaria dimostrazione delle comunicazioni laser lunari del 2013, che ha effettuato il downlink dei dati su un segnale laser a 622 megabit al secondo, dimostrando le capacità dei sistemi laser sulla Luna. La NASA ha molte altre missioni di comunicazione laser attualmente in diverse fasi di sviluppo. Ciascuna di queste missioni aumenterà la nostra conoscenza dei vantaggi e delle sfide delle comunicazioni laser e standardizzerà ulteriormente la tecnologia.

NASA Immagine banner: illustrazione del programma di test spaziali del Dipartimento della difesa degli Stati Uniti Satellite-6 (STPSat-6) con il carico utile LCRD (Laser Communications Relay Demonstration) che comunica i dati tramite collegamenti a infrarossi.

AGC GreenCom 16 Maggio 2021 8:27