p Achou que a velocidade da sua Internet estava lenta? Experimente ser um cientista espacial por um dia. p As vastas distâncias envolvidas reduzirão as taxas de dados a um gotejamento. Você tem sorte se uma espaçonave pode enviar mais do que alguns megabits por segundo (Mbps) - uma ninharia mesmo para os padrões dial-up.

p Mas podemos estar à beira de uma mudança. Assim como ir da banda larga dial-up revolucionou a Internet e tornou as fotos de alta resolução e streaming de vídeo um dado, A NASA pode estar pronta para passar por um momento semelhante de "banda larga" nos próximos anos.

p A chave para essa revolução de dados serão os lasers. Por quase 60 anos, a maneira padrão de "falar" com a espaçonave é com ondas de rádio, que são ideais para longas distâncias. Mas as comunicações ópticas, em que os dados são transmitidos por luz laser, pode aumentar essa taxa em até 10 a 100 vezes.

p Altas taxas de dados permitirão aos pesquisadores reunir ciência mais rapidamente, estudar eventos repentinos, como tempestades de poeira ou pousos de naves espaciais, e até mesmo enviar vídeo da superfície de outros planetas. A precisão exata das comunicações a laser também é adequada para os objetivos dos planejadores de missão da NASA, que desejam enviar espaçonaves mais longe no sistema solar.

p "A tecnologia laser é ideal para impulsionar as comunicações de downlink do espaço profundo, "disse Abi Biswas, o supervisor do grupo Optical Communications Systems no Jet Propulsion Laboratory da NASA, Pasadena, Califórnia. "Isso vai permitir aplicações como dar a cada astronauta seu próprio feed de vídeo, ou enviando de volta em alta resolução, imagens ricas em dados mais rapidamente. "

p Ciência na velocidade da luz

p Tanto o rádio quanto os lasers viajam à velocidade da luz, mas os lasers viajam em uma largura de banda de alta frequência. Isso permite que transportem mais informações do que ondas de rádio, o que é crucial quando você coleta grandes quantidades de dados e tem janelas estreitas de tempo para enviá-los de volta à Terra.

p Um bom exemplo é o Mars Reconnaissance Orbiter da NASA, que envia dados científicos a um máximo de 6 Mbps. Biswas estimou que se o orbitador usasse tecnologia de comunicação a laser com uma massa e uso de energia comparáveis ​​ao seu sistema de rádio atual, provavelmente poderia aumentar a taxa máxima de dados para 250 Mbps.

p Isso ainda pode soar incrivelmente lento para os usuários da Internet. Mas na Terra, os dados são enviados por distâncias muito mais curtas e por meio de uma infraestrutura que ainda não existe no espaço, então ele viaja ainda mais rápido.

p O aumento das taxas de dados permitiria aos cientistas gastar mais tempo em análises do que em operações de espaçonaves.

p "É perfeito quando as coisas estão acontecendo rapidamente e você deseja um conjunto de dados denso, "disse Dave Pieri, um cientista pesquisador e vulcanologista do JPL. Pieri liderou pesquisas anteriores sobre como as comunicações a laser poderiam ser usadas para estudar erupções vulcânicas e incêndios florestais quase em tempo real. "Se você tem um vulcão explodindo na sua frente, você deseja avaliar seu nível de atividade e propensão para continuar em erupção. Quanto mais cedo você obtém e processa esses dados, o melhor."

p Essa mesma tecnologia pode ser aplicada à erupção de criovulcões em luas geladas ao redor de outros planetas. Pieri observou que, em comparação com a transmissão de rádio de eventos como esses, "as comunicações a laser aumentariam as apostas em uma ordem de magnitude."

p Atrapalhando o futuro dos lasers

p Isso não quer dizer que a tecnologia seja perfeita para todos os cenários. Lasers estão sujeitos a mais interferência de nuvens e outras condições atmosféricas do que ondas de rádio; apontar e cronometrar também são desafios.

p Lasers também requerem infraestrutura terrestre que ainda não existe. Deep Space Network da NASA, um sistema de matrizes de antenas localizadas em todo o globo, é inteiramente baseado em tecnologia de rádio. Teriam de ser desenvolvidas estações terrestres que pudessem receber lasers em locais onde o céu fosse seguro.

p A tecnologia de rádio não vai desaparecer. Funciona com chuva ou sol, e continuará a ser eficaz para usos com poucos dados, como fornecer comandos para espaçonaves.

p Próximos passos

p Duas próximas missões da NASA ajudarão os engenheiros a entender os desafios técnicos envolvidos na condução de comunicações a laser no espaço. O que eles aprenderão fará com que os lasers se tornem uma forma comum de comunicação espacial no futuro.

p A Demonstração do Relé de Comunicações Laser (LCRD), liderado pelo Goddard Space Flight Center da NASA em Greenbelt, Maryland, O lançamento está previsto para 2019. O LCRD demonstrará a retransmissão de dados usando tecnologia de laser e radiofrequência. Ele emitirá sinais de laser quase 25, 000 milhas (40, 000 quilômetros) de uma estação terrestre na Califórnia a um satélite em órbita geoestacionária, em seguida, retransmita esse sinal para outra estação terrestre. O JPL está desenvolvendo uma das estações terrestres na Table Mountain, no sul da Califórnia. Testando comunicações de laser em órbita geoestacionária, como o LCRD fará, tem aplicações práticas para transferência de dados na Terra.

p Deep Space Optical Communications (DSOC), liderado pelo JPL, está programado para lançamento em 2023 como parte de uma missão descoberta da NASA. Essa missão, Psique, voará para um asteróide metálico, testar comunicações a laser de uma distância muito maior do que LCRD.

p A missão Psyche foi planejada para transportar o dispositivo a laser DSOC a bordo da espaçonave. Efetivamente, a missão DSOC tentará acertar um alvo usando um laser do espaço profundo - e por causa da rotação do planeta, vai atingir um alvo em movimento, também.

p Projetos passados ​​e futuros da NASA envolvendo comunicações a laser:

p Nome:Lunar Laser Communications Demonstration (LLCD)

p Liderado por:Goddard Space Flight Center

p Ano 2013

p Objetivo:foi o primeiro sistema da NASA para comunicação bidirecional usando um laser em vez de ondas de rádio. Uma taxa de dados de uplink livre de erros de 20 Mbps transmitida de uma estação terrestre primária no Novo México para o Lunar Atmosphere and Dust Environment Explorer (LADEE) da NASA, uma nave espacial orbitando a lua. Demonstrou uma taxa de downlink sem erros de 622 Mbps - o equivalente a streaming de 30 canais de HDTV da lua.

p Nome:Optical Payload for Lasercomm Science (OPALS)

p Liderado por:JPL

p Ano:2014

p Objetivo:Testar as comunicações de laser da Estação Espacial Internacional. Transmitiu um arquivo de vídeo a cada 3,5 segundos por um total de 148 segundos. Com métodos tradicionais de downlink, enviar o vídeo de 175 megabits apenas uma vez levaria 10 minutos.

p Nome:Demonstração de Relé de Comunicações Laser (LCRD)

p Liderado por:Goddard Space Flight Center

p Ano:2019

p Objetivo:Retransmitirá sinais de laser entre telescópios na Table Mountain, Califórnia, e no Havaí, por meio de um satélite retransmissor em órbita geoestacionária durante um período de demonstração de dois anos. O sistema foi projetado para operar por até cinco anos para provar a confiabilidade diária das comunicações a laser para futuras missões da NASA.

p Nome:Deep Space Optical Communications (DSOC)

p Liderado por JPL

p Ano:2023

p Objetivo:Testar as comunicações de laser do espaço profundo. Uma missão de descoberta da NASA chamada Psyche vai voar para um asteróide metálico a partir de 2023. Psyche está planejada para hospedar um dispositivo a laser chamado DSOC, que enviaria dados para um telescópio no Observatório da Montanha Palomar, na Califórnia.