À medida que os objectivos da exploração espacial humana se estendem para além da Lua e de Marte para além do sistema solar, a necessidade de um novo sistema para substituir as comunicações espaciais baseadas em rádio está a crescer, e um interveniente da próxima geração começa a ser amplamente investigado. O instrumento Deep Space Optical Communications (DSOC) da NASA, que é até 100 vezes mais poderoso que as ondas de rádio, enviou a primeira luz de volta à Terra. Se esta experiência for concluída com sucesso, a humanidade terá uma arma poderosa para apoiar a exploração do espaço profundo.
A NASA anunciou recentemente que o instrumento DSOC recebeu com sucesso os primeiros dados enviados do espaço a 16 milhões de quilômetros da Terra para o Observatório Palomar do Instituto de Tecnologia da Califórnia (Caltech). Embora as comunicações ópticas baseadas no espaço tenham sido comprovadas na órbita baixa da Terra e na Lua, esta é a primeira vez que tal comunicação tem sucesso numa distância tão longa. 16 milhões de quilômetros, o que é aproximadamente 40 vezes a distância entre a Terra e a Lua.
“Este marco é o início de inúmeros marcos que o DSOC estabelecerá no futuro”, disse a Dra. Trudy Curtis, chefe da Demonstração de Tecnologia DSOC da NASA, acrescentando: “O DSOC é o inaugurador da era das comunicações ópticas do espaço profundo que transmitem alta velocidade. -capacidade, sinais de alta imagem.” Clareza, vídeos e dados científicos mais rapidamente. “Isso vai acontecer”, disse ele.
Na verdade, espera-se que o recorde de comunicações ópticas baseadas no espaço do DSOC permaneça por algum tempo. Isto porque o DSOC está instalado na sonda de asteroides “Psyche” que foi lançada no mês passado e se dirige em direção ao asteroide “16 Psyche”, que se encontra a cerca de 450 milhões de quilómetros de distância. Durante os primeiros dois anos da viagem de cinco anos e dez meses da sonda até este asteróide, o DSOC comunicará regularmente com a Terra e lançará as bases para a tecnologia de comunicações ópticas no espaço profundo. A maior distância esperada de transmissão e recepção é de 390 milhões de quilômetros, aproximadamente o dobro da distância entre o Sol e a Terra.
DSOC transmite e recebe dados usando luz, ou mais precisamente, lasers. Para isso, é equipado com um telescópio com abertura de 22 cm, transmite dados em alta velocidade por meio de um laser infravermelho próximo classe 4W e recebe dados por meio de uma câmera supercondutora de contagem de fótons. Os dados do downlink são processados pelo Observatório Palomar, enquanto o uplink é processado por um transmissor laser de alta potência (5 kW) no Laboratório de Telescópio Óptico da NASA (OCTL).
Além disso, para que o DSOC transmita e receba luz de forma precisa e estável, ele deve superar as vibrações da sonda Psyche, e a NASA projetou vibrações que podem ser compensadas por meio de suportes e atuadores separados.
A razão pela qual a NASA está tão interessada em comunicações ópticas é devido às fortes limitações das atuais comunicações espaciais usando ondas de rádio. Primeiro, as comunicações espaciais atuais dependem de antenas de rádio Deep Space Network (DSN) desenvolvidas no final da década de 1950, de modo que a largura de banda disponível atingiu a saturação.
Em particular, a exploração do espaço profundo utilizando ondas de rádio é difícil de cobrir adequadamente. Por exemplo, embora a quantidade de dados recolhidos aumente dia a dia devido ao desenvolvimento de equipamentos de mineração, a quantidade de dados que podem ser transmitidos através de ondas de rádio ainda está ao nível do século XX, tornando difícil a recepção de um único imagem de alta resolução adequada para a era 4K e 8K. É por isso que as fotos e vídeos enviados pelo Mars Rover são tão bons quanto a era da televisão em preto e branco.
A velocidade também é muito lenta para atravessar o vasto universo. Mesmo que a distância seja a mesma de Marte, as ondas de rádio demoram cerca de 20 minutos a viajar, impossibilitando uma resposta em tempo real. Isto significa que responder a situações inesperadas é quase impossível. “Este tipo de atraso nas comunicações é um fator crítico na futura exploração tripulada de Marte, “disse o Dr. Meera Srinivasan do Laboratório de Propulsão a Jato da NASA, responsável pela operação do DSOC. “Para que a exploração tripulada do espaço profundo seja bem-sucedida, é necessário devemos… “Devemos garantir um novo sistema de comunicações de banda larga de alta velocidade.”
As comunicações ópticas podem enviar e receber mais dados e a uma velocidade maior do que as ondas de rádio? Anteriormente, a NASA registrou downlinks de 40-622 Mbps e 10-20 Mbps em comunicações a laser Terra-Lua em 2013 e, no ano passado, alcançou um downlink de 200 Gbps no nível de terabyte na órbita baixa da Terra usando CubeSat. Espera-se que o primeiro modelo experimental do espaço profundo, DSOC, tenha uma taxa de transferência de dados de 10 a 100 vezes maior que a do atual sistema de comunicações de rádio espaciais.
“Tanto as ondas de rádio quanto os lasers infravermelhos próximos usam ondas eletromagnéticas para transmitir dados, mas a luz infravermelha próxima pode empacotar dados em comprimentos de onda mais compactos”, disse o Dr. “DSOC e a Terra se movem, então a distância, “ele acrescentou.” Se conseguirmos superar dificuldades técnicas, como a necessidade de cálculos muito precisos, um dia seremos capazes de ver as cenas que os exploradores de Marte veem com seus próprios olhos em quase em tempo real”, disse ele.
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