Las telecomunicaciones láser en el espacio

El 22 de octubre pasado, la NASA anunció una prueba exitosa de empleo de un láser para efectuar una transmisión de telecomunicaciones con un satélite artificial que está orbitando nuestro satélite natural. Este satélite es el Lunar Atmosphere and Dust Environment Explorer (LADEE), mientras que el experimento de comunicaciones recibió el nombre de NASA’s Lunar Laser Communication Demonstration (LLCD).

En principio, la idea y el entendimiento de los principios físicos realmente no son nuevos. Por ejemplo, desde el diseño del primer Satex, en la carga útil óptica se previó efectuar pruebas de transmisión de telecomunicaciones en base a sistemas óptico-digital bidireccional. Lo que en todo caso si representa una salto tecnológico es haber encontrado la manera de efectuar la comunicación sin que las condiciones atmosféricas representen un problema.

Pero vamos por partes. En esta liga les pongo a su consideración un resumen sobre el desarrollo del láser y de la fibra óptica, en donde se refiere como ya se ha ocupado un rayo láser para transmitir información a través de un medio físico que garantice la coherencia de la misma.

¿Pero por qué la atmósfera podría interferir a un rayo láser?

Opacidad de la atmósfera

Resulta que la atmósfera, en conjunto con la magnetósfera, no solo tiene la capacidad de obstruir a un rayo láser, sino que también detiene una gran cantidad de señales electromagnéticas. Sin embargo, existen algunos rangos de éstas que pueden ser aprovechadas en base a zonas específicas de la atmósfera, conocidas como ventanas, y que son factibles de ser recibidas y enviadas entre estaciones terrenas y satélites.

Las señales electromagnéticas se pueden describir en función de su longitud de onda (la distancia entre las crestas de dos ondas) o su frecuencia (expresada en hercios, el número de ciclos de onda por segundo); cuanto menor es la longitud de onda, mayor es la frecuencia. Si se modula la portadora, podremos codificar la información que se va a transmitir; cuanto mayor sea la frecuencia de la portadora, mayor será la cantidad de información que la señal pueda transportar.

Estas frecuencias están definidas en el espectro radioeléctrico, que a su vez es la porción menos energética del espectro electromagnético.

En el caso del rayo láser (diodo láser rojo profundo), su longitud de onda es del rango de 650/670 nm (1 nm = 10^-9 metros), por lo que su frecuencia es de alrededor de 440 Terahercios. Pero el problema es que con esa longitud de onda, el rayo láser rebota en el vapor de agua y en otros elementos de la atmósfera.

Comparación de la longitud de onda de la luz ultravioleta

Francamente, no comprendo como solventaron esta dificultad, pero me parece que lo más lógico es que elongaron la longitud de onda hasta equipararla con alguna de las ventanas existentes en la atmósfera. Puesto que la longitud de onda de un rayo láser se puede comparar con la de la luz ultravioleta (30 a 200 nanómetros), la ventana mas cercana en el espectro electromagnético está en el rango de la luz visible, comprendida entre 400 y 700 nanómetros, lo que seguramente implicaría algún tipo de control o de algoritmo de corrección de errores, puesto que aún se tendría necesidad de corregir distorsiones en la señal.

La demostración de la NASA es previa a un proyecto mas ambicioso, así que es de esperar que en los meses subsecuentes se puedan conocer mas detalles.