Proyecto mlcd: las comunicaciones ópticas llegan al espacio

REPORTAJE
El reciente resurgimiento de proyectos de comunicaciones ópticas no guiadas verá su culminación a finales de 2009 cuando la NASA demuestre la primera comunicación mediante frecuencias ópticas en espacio profundo. Este enlace, que supondrá una importante mejora frente a los actuales sistemas de microondas, se establecerá entre el satélite MTO que orbitará Marte y una estación en lasuperficie terrestre.

PROYECTO MLCD: LAS COMUNICACIONES ÓPTICAS LLEGAN AL ESPACIO
Alberto Carrasco Casado. Ingeniero de Telecomunicación

El enorme desarrollo que han conocido las comunicaciones por fibra óptica en los últimos años ha traído consigo grandes mejoras en los distintos elementos que componen estos enlaces. En especial el avance en la calidad y estabilidad de las fuentes láser hapropiciado el resurgimiento de numerosos proyectos de investigación sobre comunicaciones ópticas no guiadas. De estos proyectos, quizá el más conocido sea el Silex de la agencia espacial europea (ESA) en el que por primera vez se han utilizado frecuencias ópticas para comunicar satélites entre sí, alcanzando regímenes binarios de hasta 50 Mbits/s. Hasta ahora las comunicaciones por satélite se hanvenido basando en la tecnología de microondas. Esta solución, que resulta satisfactoria para satélites en órbita terrestre, se ve cada vez más limitada a medida que el terminal remoto se aleja de la Tierra, con lo que a las distancias involucradas en las misiones en espacio profundo, la capacidad de estos enlaces se ve afectada de forma crítica. Actualmente el máximo régimen binario alcanzable porel satélite más moderno que orbita Marte (el Mars Express de la ESA) es de unos 300 kbits/s (y esto cuando la distancia entre Marte y la Tierra es la mínima, en cualquier otro caso este valor es menor), lo que ni siquiera llega a las velocidades más reducidas de las conexiones ADSL actuales. El proyecto MLCD (Mars Laser Communications Demonstration) de la NASA pretende demostrar a finales de 2009el que será el primer enlace de comunicaciones ópticas en espacio profundo. El satélite MTO (Mars Telecommunications Orbiter) orbitará Marte comunicándose con la Tierra a una velocidad mínima de 1 Mbit/s incluso cuando la distancia Marte-Tierra sea máxima.

¿POR QUÉ USAR FRECUENCIAS ÓPTICAS?
Existen varias razones que hacen preferibles las frecuencias ópticas frente a las tradicionalesmicroondas para ser usadas en las comunicaciones en espacio profundo. Valga destacar que las antenas y los terminales láser son considerablemente más pequeños y ligeros que los de microondas, factor crítico en este tipo de misiones que consigue abaratar en gran medida el presupuesto necesario. Pero la principal ventaja que aportan las frecuencias ópticas en un enlace a tan larga distancia es la menordivergencia del haz emitido por un láser en comparación con las frecuencias de microondas usadas actualmente. La divergencia que sufre el haz es inversamente proporcional a la frecuencia de la señal, por lo que pasar de varios GHz (actualmente se usa la banda X y Ka) a miles de GHz (el MTO emitirá a 1.064 µm dentro del infrarrojo) supone disminuir la divergencia considerablemente. La razón últimapara minimizar la divergencia es hacer los haces lo más estrechos posible con el objetivo de aumentar la relación entre la potencia recibida y la emitida. Relación crítica ésta si se tiene en cuenta que en el espacio la potencia es un bien muy escaso (el terminal láser del MTO emitirá unos 5 W de potencia media). Cuanto menor sea el área sobre la que distribuir la energía emitida, mayor será ladensidad de potencia recibida y así se dispondrá de la potencia necesaria para obtener una señal que esté suficientemente por encima del ruido de fondo. Como ejemplo ilustrativo valga la siguiente comparación: El proyecto MLCD empleará un haz que originará un spot recibido de aproximadamente una décima parte del diámetro de la Tierra. Si se compara con los haces habituales de microondas que, para las...