SDA Y DARPA: Demostración de la capacidad de los enlaces ópticos por satélite

enlaces ópticos por satélite“Conseguir que un rayo láser en una nave espacial apunte a otro receptor láser en otra nave espacial con la suficiente precisión, con los niveles de potencia adecuados, las formas de onda correctas, etc., no es algo fácil”, dijo el vicepresidente de General Atomics, Nick Bucci.

Mientras el Departamento de Defensa contempla constelaciones de satélites de bajo coste para proporcionar comunicaciones resistentes, ha surgido un cuello de botella crucial: los enlaces de datos ópticos fiables, tanto entre los satélites en el espacio como del espacio a la tierra.

” Pensemos, conseguir que un rayo láser en una nave espacial apunte a un receptor láser en otra nave espacial con la suficiente precisión, con los niveles de potencia adecuados, las formas de onda correctas, etc., no es algo fácil”, dijo Nick Bucci, vicepresidente de desarrollo de programas en General Atomics en una entrevista. “Y ser capaz de hacerlo de forma fiable a distancia es un reto difícil”.

General Atomics es una de las dos empresas, la otra es SA Photonics, que está creando prototipos de sistemas de comunicaciones láser en el espacio para la Space Defense Agency (SDA). La empresa está construyendo sus propios Cubesats para transportar su carga útil del Laser Interconnect and Networking Communication System (LINCS), dijo Bucci.

La SDA tiene previsto lanzar cuatro satélites experimentales en junio: los dos LINCS y dos, llamados Able y Baker, construidos por Astro Digital, que llevarán las cargas útiles de SA Photonics, que han sido diseñadas como parte del programa Blackjack de DARPA, y se conocen colectivamente como los satélites experimentales Mandrake 2.

“Estos terminales OISL [Optical Inter-Satellite Links] son las primeras versiones de nuestro sistema CrossBeam™ que se está desarrollando para apoyar las aplicaciones DARPA Blackjack y SDA Tranche 0”, dijo Dave Pechner, director técnico de SA Photonics en un correo electrónico. “El objetivo de la misión Mandrake-2 es demostrar las capacidades de los enlaces cruzados OISL, así como los enlaces espacio-tierra”, añadió.

Derek Tournear, director de la SDA, ha subrayado que los OISL son un elemento clave para la capa de transporte de la Arquitectura Espacial de Defensa Nacional de siete capas de la Agencia. La capa de transporte es la constelación de satélites de órbita terrestre baja (LEO) prevista por el ex secretario de Defensa Mark Esper para que sirva de infraestructura SATCOM “troncal” para la emergente estrategia de mando y control conjunto de todos los dominios (JADC3) del Departamento de Defensa.

Tournear “ha subrayado que los OISL son una de las principales áreas de riesgo que la SDA pretende abordar a medida que avanzamos rápidamente hacia la entrega del Tramo 0 y más allá”, reiteró un funcionario de la SDA. (El Tramo 0 es la primera oleada de satélites de demostración de la SDA que se lanzará el año que viene). “SDA está asociada con DARPA en el experimento Mandrake 2 y con General Atomics en LINCS. Estos esfuerzos paralelos de reducción de riesgos mejoran la capacidad de SDA para quemar el riesgo en esta área y proporcionar un respaldo si uno de los esfuerzos se retrasa o falla por cualquier razón.”

Los cabezales ópticos que combinan bajo coste, tamaño, peso y exigencias de potencia “son una capacidad emergente, con múltiples vendedores que ofrecen una variedad de productos”, dijo un portavoz de DARPA. “DARPA está interesada en madurar tantas ofertas como sea posible para asegurar que nuestros socios de transición tengan opciones para sus sistemas”.

Los enlaces láser son la clave para que los satélites de comunicaciones LEO sean útiles, según los expertos del sector. Las leyes de la física hacen que los satélites en LEO sean visibles sobre el horizonte, desde cualquier punto de la superficie, durante unos 10 minutos como máximo. Mantener el contacto requiere demasiadas estaciones terrestres para que tenga sentido desde el punto de vista comercial, o satélites que puedan comunicarse entre sí para rebotar los datos a un satélite hermano que esté sobre una estación terrestre en un momento dado.

Además, varios países están estudiando la posibilidad de emplear los enlaces láser para comunicarse con los satélites, los robots y, eventualmente, las personas que exploran la Luna y Marte y más allá, ya que las longitudes de onda del láser tienen la capacidad de transmitir información a mayor velocidad que las ondas de radio. Esa velocidad de comunicación también es una ventaja para comunicarse desde la LEO con la tierra.

“Los terminales Mandrake-2 proporcionarán velocidades de datos de 100 Mbps hasta una distancia de enlace de 5.000 km”, dijo Pechner, una velocidad que SA Photonics espera aumentar a 2,5 Gbps en versiones posteriores.

General Atomics promociona LINCS en su página web como capaz de demostrar “velocidades de datos de hasta 5 GB por segundo a distancias de hasta 2.500 km”.

Bucci explicó que hay tres retos clave para la capacidad de OISL en LEO: el tamaño de la carga útil; la detección y el seguimiento de los receptores ópticos a bordo de los satélites; y la prevención de la distorsión del rayo láser por la atmósfera al enlazar con las estaciones terrestres.

Tanto DARPA como la SDA cuentan con poder hacer mucho con satélites muy pequeños, para mantener bajos los costes de las constelaciones LEO con cientos de satélites. Tournear ha dicho que espera que un satélite individual de la SDA cueste “decenas de millones”, a diferencia del precio de mil millones de dólares de la mayoría de los grandes satélites de comunicaciones del Departamento de Defensa.

“Uno de los obstáculos era producir algo que pudiera caber en un paquete pequeño”, dijo Bucci. “Conseguir una carga útil de recopilación de datos a bordo y una carga útil de comunicación láser a bordo, y un procesamiento capaz para esa carga útil de recopilación de datos, y el procesamiento de comunicación, así como la actitud y el control, el hardware de energía y control – conseguir todo eso en un paquete pequeño es un trabajo extremadamente difícil. Meter 10 libras de material en una bolsa de 5 libras, siempre es un reto, ¿verdad?”.

Explicó que garantizar que el rayo láser pueda realizar de forma fiable la adquisición, el seguimiento y el apuntamiento entre dos satélites, separados por miles de kilómetros y moviéndose a la velocidad de una bala, también es una ardua hazaña técnica. Sobre todo, añadió, porque los propios haces son bastante estrechos.

Por último, llevar un rayo láser a tierra desde un satélite (y viceversa) es un problema de física bien conocido, con el que el Departamento de Defensa ha luchado durante años. Bucci dijo que General Atomics está usando una solución igualmente conocida, la óptica adaptativa, para reenfocar el haz en su camino hacia una estación terrestre. De hecho, la empresa tiene mucha experiencia en el desarrollo de óptica adaptativa para diversos clientes, señaló.

La óptica adaptativa implica el uso de espejos reformables, y ha sido durante mucho tiempo objeto de investigación por parte de la Agencia de Defensa de Misiles para destruir misiles balísticos y de crucero. (La óptica adaptativa también ha sido objeto de investigación por parte de las Fuerzas Aéreas en el pasado para desarrollar armas antisatélite basadas en tierra y aire).

Bucci explicó que, además, la óptica adaptativa permitirá a los satélites aumentar el ancho de banda de las transmisiones a tierra, lo que significa que se podrán enviar más datos al usuario en esa breve ventana de siete a diez minutos en la que el satélite puede enlazar con la estación terrestre.

Sin embargo, los expertos del Departamento de Defensa y de la industria señalan que, al final, los enlaces de datos ópticos con las estaciones terrestres probablemente nunca podrán burlar completamente a la Madre Naturaleza, porque la humedad de la cubierta de nubes dispersará y bloqueará la luz visible. Por lo tanto, una combinación de enlaces ópticos y de infrarrojos -que pueden atravesar la densa capa de nubes- será de-rigeur para el futuro SATCOM.

Fte. Breaking Defense

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