Llega la ‘fibra óptica’ del espacio

El sistema EDRS es la nueva autopista de la información europea

La autopista de la información en el espacio está a punto de empezar a funcionar en Europa con la transmisión de datos a alta velocidad entre satélites, lo que algunos expertos consideran el equivalente en órbita de la fibra óptica en tierra. Es el sistema EDRS (Europen Data Relay System) y “es capaz de transmitir datos prácticamente en tiempo real a una velocidad sin precedentes de 1,8 Gbit por segundo”, informa la Agencia Europea de Espacio (ESA). El primer terminal láser del conjunto está ya en órbita geoestacionaria (a casi 36.000 kilómetros de altura sobre la superficie terrestre) tras su lanzamiento integrado en el satélite de comunicaciones Eutelsat-9B, el pasado 30 de enero, con un cohete ruso Protón. Ahora se realizarán las pruebas en órbita y el EDRS estará operativo el próximo verano, si todo marcha según lo previsto, para transmitir la información de satélites de observación de la Tierra con los que estará en conexión por láser.

La transmisión de datos en el espacio, por radio, es desesperadamente lenta y cada vez más ineficaz a medida que las capacidades de los equipos en órbita aumentan y pueden registrar enormes cantidades de información. “Si queremos hacer un Google Maps de toda la superficie de Marte, se tardarían nueve años en traer a la Tierra todos los datos con el sistema actual de radiofrecuencia, cuando Marte está en el punto más cercano”, ha comentado a Space.com Don Cornwell, director de Comunicaciones Avanzadas y Tecnologías de Navegación, de la NASA. Y no se refiere al retraso de la señal (entre cuatro minutos, como mínimo, y 24 minutos cuando los dos planetas están más lejos uno de otro), insuperable debido al límite insuperable de la velocidad de la luz, sino a la capacidad de transmisión de información, un auténtico cuello de botella con el volumen creciente de datos transmitidos en el espacio. “El sistema de comunicación por láser tiene un ancho de banda 40 veces mayor [que el que se utiliza actualmente], lo que significa que pueden traerte ese mapa Google de toda la superficie marciana en nueve semanas en lugar de nueve años”, continúa Cornwell.

El EDRS europeo no está diseñado para enviar información desde Marte, sino para agilizar enormemente la recuperación de datos de observación de la Tierra, un sector en pleno apogeo con instrumentos en órbita que captan cada vez más información, incluidas imágenes de alta resolución, imprescindible para meteorólogos, oceanógrafos y estudiosos del clima, para labores de vigilancia del uso del suelo, e incluso para comunicaciones ágiles en casos de emergencias. Los primeros datos transmitidos por láser con este sistema serán los generados por los satélites Sentinel-1 y Sentinel -2, del programa europeo Copernico.

Hasta 50 terabytes de datos al día se podrán enviar de forma segura a los centros de recepción en Tierra “y casi en tiempo real, no con varias horas de demora como ocurre actualmente”, informa Airbus Defense and Space, el socio de la ESA en este programa, cuyo coste de desarrollo asciende a unos 500 millones de euros. El sistema europeo, además de capacidad de comunicación por láser infrarrojo (a una distancia de hasta 45.000 kilómetros), puede transmitir datos entre satélites por radiofrecuencia (en banda Ka) a 300 Mbit por segundo.

El sistema es capaz de transmitir datos prácticamente en tiempo real a una velocidad sin precedentes de 1,8 Gbit por segundo

Al módulo EDRS-A, el que ya se ha lanzado y que está situado sobre Europa (en órbita geoestacionaria, un satélite gira alrededor del planeta , de manera que siempre esta sobre la misma zona de la superficie), se añadirá una segunda unidad en 2017, que servirá para ampliar la obertura (continente europeo, África, Oriente Medio y la costa oriental de América) y actuar de reserva del primero. La idea es lanzar un tercer elemento, en 2020, para cubrir el área Asía-Pacifico. Los centros de recepción de datos del sistema están en Alemania, Bélgica y Reino Unido.

“El Space Data Highway ya no es ciencia ficción”, declaró Evert Dudock, responsable en Airbus Defense and Space. “Revolucionará las comunicaciones de satélites y vehículos aéreos no tripulados, y contribuirá a que la industria espacial europea se mantenga en la vanguardia de los servicios tecnológicos e industriales”. Efectivamente, el sistema no solo es apto para transferir grandes volúmenes de información entre satélites, sino que también sirve para la comunicación con vehículos aéreos no tripulados, aviones de vigilancia o bases orbitales. De hecho, está previsto utilizar el EDRS con la Estación Espacial Internacional (ISS) en 2018. La NASA ya ensayó la comunicación con la estación por láser en junio del año pasado, con el experimento OPAL, que permitió enviar desde la ISS a la estación receptora, en California, un vídeo de alta definición en tres segundos y medio, en lugar de los 10 minutos que se tarda con el sistema tradicional.

Europa, por su parte, ensayó en 2014 este tipo de conexión óptica entre el satélite de observación de la Tierra Sentinel-1A, en órbita a 700 kilómetros de altura, y el Alphasat, en órbita geoestacionaria.

Hasta 50 terabytes de datos al día se podrán enviar de forma segura a los centros de recepción en Tierra

El reto tecnológico para establecer y mantener el enlace con un finísimo haz láser entre artefactos a mucha distancia y desplazándose a gran velocidad es enorme. Dudok pone un ejemplo: “Sería como ir conduciendo un deportivo en Europa y apuntar el haz láser a una moneda de dos euros en Nueva York; y no solo hay que apuntar con gran precisión sino también seguir el satélite o no se podrá mantener la comunicación”.

Pero, ¿qué pasa si una densa capa de nubes cubre la región en la superficie terrestre donde está el centro de recepción de los datos enviados mediante láser desde un satélite? En realidad, no todo el sistema EDRS es láser, sino exclusivamente la conexión entre satélites, luego, la transmisión de la información desde el que está en órbita geoestacionaria y ha recibido los datos, los reenvía a la Tierra por radiofrecuencia.

¿Dónde está la ventaja entonces? Pues precisamente en el hecho de que el repetidor en geoestacionaria tiene contacto con permanente, 24 horas, por radio, con la estación de recepción, mientras que los satélites de órbita baja, como los de observación de la Tierra, tienen una ventana de sobrevuelo reducida. Por ello envían una cierta cantidad de datos en una órbita, durante unos cuantos minutos, luego se interrumpe la transmisión y continúa el volcado de datos en la siguiente órbita, lo que demora mucho su recepción y, por tanto, condiciona a la baja la cantidad de información que puede captar con utilidad (si es necesario tenerla rápido).

Con la nueva autopista de la información en el espacio, el satélite en órbita baja envía mediante conexión óptica gran cantidad de información al satélite en órbita geoestacionaria y luego sigue su órbita fuera de la visibilidad de la estación de recepción, mientras que el satélite repetidor, que está a la vista y en contacto permanente con los centros de recepción en tierra, sigue mandando por radio la información que ha recibido por láser.

Airbus Defense and Space afirma que la tecnología de apuntadores láser que ha desarrollado su filial Tesat Spacecom “permite interconectar con una elevada precisión dos terminales láser ubicados a 75.000 kilómetros de distancia el uno del otro”. La compañía destaca también la participación española en el programa, que ha aportado el reflector desplegable de banda Ka de 2,2 metros de diámetro instalado en el satélite que lleva el módulo EDRS-A, así como una estructura de montaje.

Ensayo desde la Luna

Mientras la comunicación espacial por láser se hace operativa en órbita terrestre, los expertos están ya trabajando en el sistema para cubrir distancias muchos mayores. Por ahora se ha llegado a la Luna, pero Marte, también en esto, es el próximo objetivo.

Fue en septiembre de 2013 cuando la NASA logró el récord de distancia de comunicación por láser en un ensayo realizado con su sonda espacial automática LADEE, en órbita lunar, a 384.000 kilómetros de distancia, y transmitiendo 20 megabits por segundo.

Marte está mucho más lejos. Don Cornwell, director de Comunicaciones Avanzadas y Tecnologías de Navegación de la NASA, afirma que un sistema láser como el actual que pudiera comunicarse con un satélite en órbita del planeta rojo precisaría una señal aproximadamente un millón de veces más potente que la de LADEE, informa Space.com. Y cuanto más lejos, más difícil es apuntar el láser y descifrar el contenido de datos. Cualquier vibración, aunque fuera minúscula, del satélite emisor en Marte podría hacer que el haz láser no atinase a la Tierra.

De cualquier forma haría falta un buen telescopio en la Tierra para captar el haz láser emitido en Marte, y se está ya estudiando incluso cómo la técnica de óptica adaptativa de los observatorios astronómicos modernos podría ayudar a eliminar la distorsión que la atmósfera terrestre provoca en el haz luminoso.

Con una autopista de la información entre Marte y la Tierra se multiplicaría la información procedente del planeta vecino.