China logra un enlace láser de alta velocidad entre la Tierra y la Luna

 

China acaba de dar un importante paso en las comunicaciones espaciales. Investigadores de la Academia China de Ciencias establecieron un enlace de comunicación láser bidireccional entre la Tierra y un satélite situado a más de 400.000 kilómetros de distancia, alcanzando una velocidad de hasta 100 Mbps en la transmisión hacia la Tierra.

El experimento, realizado después de más de un año de pruebas en órbita, demuestra que las comunicaciones mediante láser pueden convertirse en una tecnología fundamental para las futuras misiones lunares.

El objetivo no es solamente conseguir una conexión más rápida. En las próximas décadas, las misiones espaciales generarán enormes cantidades de imágenes, vídeos y datos científicos que deberán ser enviados desde la Luna hacia nuestro planeta.

Y para transmitir toda esa información, la tecnología tradicional de radio puede quedarse corta.

¿Qué consiguió exactamente China?

El Centro de Tecnología e Ingeniería para la Utilización del Espacio de la Academia China de Ciencias informó que consiguió establecer una comunicación láser bidireccional a una distancia superior a los 400.000 kilómetros.

La prueba alcanzó:

• 100 Mbps de velocidad de descarga hacia la Tierra.
• 1,25 Mbps de velocidad de subida hacia el espacio.
• Más de 400.000 kilómetros de distancia.
• Comunicación óptica mediante láser.
• Detección de señales extremadamente débiles mediante tecnología de fotón único.

La diferencia entre ambos sentidos es considerable. La velocidad de bajada es aproximadamente 80 veces superior a la de subida.

Esto tiene una explicación: para las futuras misiones lunares será especialmente importante poder enviar rápidamente hacia la Tierra fotografías, vídeos, mediciones y enormes cantidades de información científica.

¿Por qué utilizar un láser en lugar de ondas de radio?

Durante décadas, las comunicaciones espaciales han dependido principalmente de las ondas de radio.

Funcionan y son extremadamente fiables, pero tienen una limitación importante: la cantidad de información que pueden transportar.

Los sistemas de comunicación óptica mediante láser pueden ofrecer un ancho de banda mucho mayor y permitir transmitir grandes cantidades de datos utilizando equipos potencialmente más pequeños.

Esto resulta especialmente interesante para la exploración lunar.

Una misión que envía fotografías de alta resolución desde la superficie de la Luna necesita transmitir enormes volúmenes de información. A medida que las cámaras, sensores e instrumentos científicos sean más avanzados, esa cantidad seguirá creciendo.

Por eso, disponer de una especie de autopista de datos entre la Tierra y la Luna podría convertirse en una pieza fundamental de la futura infraestructura espacial.

Una imagen lunar en 8K podría transmitirse en segundos

Uno de los ejemplos utilizados por los investigadores permite entender mejor la diferencia.

Según la comparación presentada por el equipo chino, una imagen de la superficie lunar en resolución 8K podría tardar aproximadamente entre cuatro y cinco minutos utilizando un enlace de microondas de 5 Mbps.

Con una conexión de 100 Mbps, el mismo proceso podría realizarse en aproximadamente 12 segundos.

La diferencia puede parecer pequeña cuando hablamos de una sola fotografía.

Pero imaginemos una misión lunar enviando miles de fotografías, vídeos, mapas tridimensionales y datos científicos.

En ese escenario, ahorrar minutos en cada archivo puede convertirse en ahorrar horas o incluso días de transmisión.

El verdadero desafío estaba a 400.000 kilómetros

Conseguir que un rayo láser llegue correctamente hasta un objetivo situado a cientos de miles de kilómetros no es sencillo.

El haz debe apuntar con una precisión extraordinaria hacia un receptor que además se encuentra en movimiento.

Un pequeño error en el ángulo de orientación puede provocar que el haz termine desviándose varios kilómetros al llegar a la distancia lunar.

Por eso, los investigadores tuvieron que desarrollar sistemas capaces de corregir continuamente factores como la posición orbital del satélite, los errores del telescopio, la refracción de la atmósfera y el tiempo que tarda la luz en recorrer la enorme distancia.

En otras palabras, no basta con apuntar un láser hacia la Luna.

Hay que conseguir que el haz y el receptor permanezcan alineados con una precisión extrema durante toda la comunicación.

El problema de encontrar unos pocos fotones

El segundo gran desafío aparece cuando la señal llega a la Tierra.

Después de recorrer más de 400.000 kilómetros, la intensidad del láser se reduce enormemente.

Los telescopios terrestres pueden recibir apenas unos pocos fotones de la señal.

Y esos fotones tienen que ser detectados en medio de otras fuentes de luz: la propia Luna, las estrellas y hasta la contaminación luminosa de las ciudades.

Para resolver este problema, los investigadores utilizaron detectores superconductores capaces de detectar fotones individuales, además de algoritmos de alta sensibilidad para separar la información útil del ruido.

Este aspecto es especialmente importante porque demuestra que las comunicaciones espaciales del futuro no dependerán únicamente de conseguir láseres más potentes.

También será necesario desarrollar receptores capaces de encontrar señales extremadamente débiles.

¿China consiguió un récord mundial?

No exactamente.

El resultado es importante, pero conviene ponerlo en contexto.

China lo presenta como su primer enlace láser de alta velocidad en el espacio cislunar, pero no es la primera vez que se utiliza esta tecnología para comunicaciones entre la Tierra y la región lunar.

La NASA ya realizó una demostración de comunicación láser desde la órbita lunar entre 2013 y 2014. Su experimento alcanzó velocidades de descarga de hasta 622 Mbps.

Por lo tanto, el avance chino debe entenderse como un importante desarrollo de sus propias capacidades de comunicación óptica en el espacio cislunar, y no como un récord absoluto de velocidad.

¿Para qué servirá esta tecnología?

La importancia del experimento aumenta cuando se observa hacia dónde se dirige la exploración lunar.

China trabaja en futuros proyectos que incluyen misiones tripuladas y una infraestructura permanente de investigación lunar.

Una presencia humana más estable en la Luna necesitará algo mucho más sofisticado que enviar ocasionalmente pequeñas cantidades de información.

Será necesario transmitir:

• Fotografías de alta resolución.
• Vídeos.
• Mapas de la superficie lunar.
• Datos científicos.
• Información de sensores.
• Información de vehículos y robots.
• Comunicaciones entre estaciones y vehículos.
• Datos relacionados con experimentos.

Todo esto requerirá redes de comunicación mucho más rápidas.

¿Estamos ante el comienzo de una Internet lunar?

Todavía es demasiado pronto para hablar de una verdadera Internet en la Luna.

Sin embargo, la dirección tecnológica resulta evidente.

Si los sistemas láser continúan mejorando, en el futuro podrían existir redes de comunicación óptica que conecten satélites, estaciones lunares, vehículos de exploración y estaciones terrestres.

La Luna podría terminar formando parte de una infraestructura de comunicaciones mucho más amplia alrededor de la Tierra.

Y posteriormente, tecnologías similares podrían utilizarse para conectar misiones cada vez más alejadas, incluyendo futuras exploraciones de Marte y otros destinos del sistema solar.

El siguiente desafío: hacerlo de forma permanente

El experimento chino demuestra que es posible establecer un enlace láser a una distancia comparable con la existente entre la Tierra y la Luna.

Pero una demostración tecnológica no es lo mismo que disponer de una red permanente.

Para que estas comunicaciones se conviertan en infraestructura habitual será necesario resolver problemas relacionados con la atmósfera, las condiciones meteorológicas, la precisión del apuntado, la disponibilidad de estaciones terrestres y la estabilidad de los equipos durante largos períodos.

También será necesario aumentar la velocidad de subida.

Los 1,25 Mbps conseguidos en esta prueba están muy por debajo de los 100 Mbps alcanzados en la dirección hacia la Tierra.

Aun así, el resultado demuestra que una nueva generación de comunicaciones espaciales está tomando forma.

Una nueva autopista de información hacia la Luna

La exploración espacial está entrando en una etapa diferente.

Ya no se trata solamente de llegar más lejos o construir cohetes más potentes. También será necesario desarrollar una infraestructura capaz de transportar información a través de enormes distancias.

El enlace láser probado por China representa un paso en esa dirección.

A más de 400.000 kilómetros de distancia, conseguir transmitir datos a 100 Mbps demuestra el enorme potencial de las comunicaciones ópticas para el espacio profundo.

La próxima gran revolución de la exploración lunar podría no ser solamente la llegada de nuevos astronautas.

Podría ser también la creación de una autopista digital entre la Tierra y la Luna.

Y el láser podría convertirse en uno de sus principales caminos.

Fuentes: Academia China de Ciencias y reportes especializados sobre la prueba.