p Os satélites estão se tornando cada vez mais importantes em nossas vidas, pois nos ajudam a atender à demanda por mais dados, trocados em velocidades mais altas. É por isso que estamos explorando novas maneiras de melhorar a comunicação por satélite. p A tecnologia de satélite é usada para navegar, prever o tempo, monitorar a Terra a partir do espaço, receber sinais de TV do espaço, e se conectar a lugares remotos por meio de ferramentas como telefones via satélite e satélites Sky Muster da NBN.

p Todas essas comunicações usam ondas de rádio. Estas são ondas eletromagnéticas que se propagam através do espaço e, até um certo nível, através de obstáculos como paredes.

p Cada sistema de comunicação usa uma banda de frequência alocada para ele, e cada banda faz parte do espectro eletromagnético - que é o nome dado à gama de todos os tipos de radiação eletromagnética.

p Mas o espectro eletromagnético que podemos usar com a tecnologia atual é um recurso finito, e agora está completamente ocupado. Isso significa que os serviços antigos precisam abrir espaço para os novos, ou bandas de frequência mais altas devem ser usadas.

p Embora isso represente desafios tecnológicos, um caminho promissor é a comunicação óptica.

p Comunicação com lasers

p Em vez de usar ondas de rádio para transportar as informações, podemos usar a luz dos lasers como portador. Embora tecnicamente ainda faça parte do espectro eletromagnético, as frequências ópticas são significativamente mais altas, o que significa que podemos usá-los para transferir dados em velocidades mais altas.

p Contudo, uma desvantagem é que um laser não pode se propagar através das paredes, e pode até ser bloqueado por nuvens. Embora isso seja problemático na Terra, e para comunicação entre satélites e a Terra, não é problema para a comunicação entre satélites.

p Na terra, a comunicação ótica por meio de cabos de fibra ótica conecta continentes e fornece enormes trocas de dados. Esta é a tecnologia que permite que a nuvem exista, e serviços online a serem fornecidos.

p A comunicação óptica entre satélites não usa cabos de fibra óptica, mas envolve a propagação da luz através do espaço. Isso é chamado de "comunicação óptica de espaço livre, "e pode ser usado não apenas para enviar dados de satélites para o solo, mas também para conectar satélites no espaço.

p Em outras palavras, a comunicação óptica no espaço livre fornecerá a mesma conectividade massiva no espaço que já temos na Terra.

p Alguns sistemas, como o European Data Relay System já estão operacionais, e outros como o Starlink da SpaceX continuam a ser desenvolvidos.

p Mas ainda existem muitos desafios a superar, e estamos limitados pela tecnologia atual. Meus colegas e eu estamos trabalhando na produção óptica, bem como radiofrequência, links de dados ainda mais rápidos e seguros.

p CubeSats

p Até aqui, muito esforço foi canalizado para a pesquisa e o desenvolvimento da tecnologia de radiofrequência. É assim que sabemos que as taxas de dados estão em seu limite físico mais alto e não podem ser aumentadas.

p Embora um único link de radiofrequência possa fornecer taxas de dados de 10 Gbps com antenas grandes, um link óptico pode atingir taxas de 10 a 100 vezes maiores, usando antenas que são 10 a 100 vezes menores.

p Essas pequenas antenas são, na verdade, lentes ópticas, e seu tamanho compacto permite que sejam integrados em pequenos satélites chamados CubeSats.

p Os CubeSats não são maiores do que uma caixa de sapatos ou torradeira, mas pode empregar links de dados de alta velocidade para outros satélites ou para o solo.

p Eles são usados ​​atualmente para uma ampla gama de tarefas, incluindo observação da Terra, comunicações e experiências científicas no espaço. E embora eles não sejam capazes de fornecer todos os serviços do espaço, eles desempenham um papel importante nos sistemas de satélite atuais e futuros.

p Outra vantagem da comunicação óptica é o aumento da segurança. A luz de um laser forma um feixe estreito, que deve ser apontado de um emissor para um receptor. Uma vez que este feixe é muito estreito, a comunicação não interfere com outros receptores e é muito difícil, se não impossível, para espionar a comunicação. Isso torna os sistemas ópticos mais seguros do que os sistemas eletromagnéticos de rádio.

p A comunicação óptica também pode ser usada para distribuição de chaves quânticas. Essa tecnologia permite a troca segura absoluta de chaves de criptografia para comunicações seguras.

p O que podemos esperar disso?

p Embora seja empolgante desenvolver sistemas para o espaço, e para lançar satélites, o verdadeiro benefício dos sistemas de satélite é sentido na Terra.

p A comunicação de alta velocidade fornecida por links de dados ópticos melhorará a conectividade para todos nós. Notavelmente, áreas remotas que atualmente têm conexões relativamente lentas terão melhor acesso à saúde remota e aprendizagem remota.

p Melhores links de dados também nos permitirão entregar imagens e vídeos do espaço com menos atraso e resolução mais alta. Isso vai melhorar a forma como gerenciamos nossos recursos, incluindo água, Agricultura e Florestamento.

p Eles também fornecerão informações vitais em tempo real em cenários de desastres, como incêndios florestais. As aplicações potenciais da tecnologia de comunicação óptica são vastas.

p Unindo conhecimento

p Trabalhar em comunicação ótica por satélite é desafiador, pois combina muitos campos e áreas de pesquisa diferentes, incluindo telecomunicações, fotônica e manufatura.

p Atualmente, nossa tecnologia está longe de alcançar o que é teoricamente possível, e há muito espaço para melhorias. É por isso que há um forte foco na colaboração.

p Na Austrália, existem dois programas principais que facilitam isso - a Agência Espacial Australiana, administrada pelo governo federal, e o SmartSat Cooperative Research Center (CRC), também apoiado pelo governo federal.

p Por meio do programa SmartSat CRC, meus colegas e eu passaremos os próximos sete anos abordando uma série de problemas de pesquisa aplicada nessa área. p Este artigo foi republicado de The Conversation sob uma licença Creative Commons. Leia o artigo original.