Laser Link da NASA ostenta recorde

Um grupo de pesquisadores da NASA, MIT e outras instituições alcançaram o link de comunicação a laser espaço-terra mais rápido até agora, dobrando o recorde estabelecido no ano passado. Com taxas de dados de 200 gigabits por segundo, um satélite pode transmitir mais de 2 terabytes de dados – aproximadamente até 1.000 filmes de alta definição – em uma única passagem de 5 minutos sobre uma estação terrestre.

"As implicações são de longo alcance porque, simplesmente, mais dados significam mais descobertas", diz Jason Mitchell, engenheiro aeroespacial do programa de Comunicações e Navegação Espacial da NASA.

O novo link de comunicação foi possível com o sistema TeraByte InfraRed Delivery (TBIRD) orbitando cerca de 530 quilômetros acima da superfície da Terra. Lançado ao espaço em maio passado, o TBIRD alcançou taxas de downlink de até 100 Gb/s com um receptor terrestre na Califórnia em junho passado. Isso foi 100 vezes mais rápido que as velocidades mais rápidas da Internet na maioria das cidades e mais de 1.000 vezes mais rápido que os links de rádio tradicionalmente usados ​​para comunicações com satélites.

As redes de dados mais rápidas da Terra geralmente dependem de comunicações a laser por fibra óptica. No entanto, ainda não existe uma Internet baseada em laser de alta velocidade para satélites. Em vez disso, as agências espaciais e os operadores de satélites comerciais geralmente usam o rádio para se comunicar com objetos no espaço. A luz infravermelha que as comunicações a laser podem empregar tem uma frequência muito maior do que as ondas de rádio, permitindo taxas de dados muito mais altas.

"Existem satélites atualmente em órbita limitados pela quantidade de dados que eles são capazes de baixar, e essa tendência só aumentará à medida que satélites mais capazes forem lançados", diz Kat Riesing, engenheira aeroespacial e membro da equipe do MIT Lincoln Laboratory na Equipe TBIRD. "Mesmo um gerador de imagens hiperespectrais - HISUI na Estação Espacial Internacional - precisa enviar dados de volta à Terra por meio de unidades de armazenamento em navios de carga devido a limitações nas taxas de downlink. TBIRD é um grande facilitador para missões que coletam dados importantes sobre o clima e os recursos da Terra, bem como aplicações de astrofísica, como imagens de buracos negros."

O Laboratório Lincoln do MIT concebeu o TBIRD em 2014 como uma maneira de baixo custo e alta velocidade para acessar dados em espaçonaves. Uma maneira importante de reduzir as despesas foi usar componentes comerciais prontos para uso originalmente desenvolvidos para uso terrestre. Isso inclui modems ópticos de alta taxa desenvolvidos para telecomunicações de fibra e armazenamento de grande volume de alta velocidade para armazenar dados, diz Riesing.

Localizado a bordo do satélite Pathfinder Technology Demonstrator 3 (PTD-3) da NASA, TBIRD foi colocado em órbita na missão de carona Transporter-5 da SpaceX da Estação da Força Espacial de Cabo Canaveral na Flórida em 25 de maio de 2022. O satélite PTD-3 pesa aproximadamente 12 quilos O CubeSat tem aproximadamente o tamanho de duas caixas de cereal empilhadas e sua carga útil TBIRD não é maior do que a média de uma caixa de lenços de papel. "O impulso da indústria para transceptores ópticos pequenos, de baixa potência e alta taxa de dados nos permitiu alcançar um fator de forma compacto adequado até mesmo para pequenos satélites", diz Mitchell.

“Existem satélites atualmente em órbita limitados pela quantidade de dados que eles são capazes de baixar, e essa tendência só aumentará à medida que satélites mais capazes forem lançados”. —Kat Riesing, engenheira aeroespacial, MIT Lincoln Laboratory

O desenvolvimento do TBIRD enfrentou uma série de desafios. Para começar, os componentes terrestres não são projetados para sobreviver aos rigores do lançamento e operação no espaço. Por exemplo, durante um teste térmico simulando as temperaturas extremas que os dispositivos podem enfrentar no espaço, as fibras do amplificador de sinal óptico derreteram.

O problema era que, quando usado originalmente, a atmosfera poderia ajudar a resfriar o amplificador por convecção. Quando testado no vácuo, simulando o espaço, o calor que o amplificador gerava era retido. Para resolver o problema, os pesquisadores trabalharam com o fornecedor do amplificador para modificá-lo para que liberasse calor por condução.

Além disso, feixes de laser do espaço para a Terra podem sofrer distorções causadas por efeitos atmosféricos e condições climáticas. Isso pode causar perda de energia e, por sua vez, perda de dados para os feixes.