La comunicazione tra la Terra e le missioni spaziali è fondamentale per il successo dell’esplorazione spaziale, nonostante ciò, le attuali comunicazioni radio, che usano le onde elettromagnetiche per trasmettere dati, hanno dei limiti in termini di velocità, capacità e affidabilità. Per superare questi limiti, la NASA sta sperimentando una nuova tecnologia: la comunicazione ottica, che usa i laser per inviare dati tramite la luce.
La comunicazione ottica ha il vantaggio di poter trasmettere grandi quantità di dati a velocità molto elevate, superando le limitazioni delle comunicazioni radio, che sono più lente e soggette a interferenze, inoltre le tecnologie laser sono più piccole, leggere e meno energivore, dunque ideali per essere integrate nei veicoli spaziali. Il segnale laser offre anche una maggiore sicurezza, perché riduce il rischio di interferenze e intercettazioni indesiderate.
La comunicazione ottica potrebbe consentire di inviare sulla Terra più informazioni scientifiche, immagini ad alta definizione e streaming video dalla superficie di altri pianeti, ad esempio, la NASA prevede di usare la comunicazione ottica per le future missioni umane su Marte, infatti usare i laser invece che le onde radio, potrebbe consentire di inviare a Terra una mappa completa di Marte in soli nove giorni invece che nove settimane.
Tuttavia, la comunicazione ottica presenta anche alcune sfide, soprattutto quando si tratta di comunicare nello spazio profondo, ovvero a distanze maggiori di quelle tra la Terra e la Luna. Una delle sfide principali è la necessità di puntare il laser con una precisione millimetrica verso il ricevitore sulla Terra, tenendo conto del movimento del veicolo spaziale, della rotazione della Terra e delle perturbazioni atmosferiche. Un’altra sfida è la perdita di potenza del segnale a lunghe distanze, che richiede l’uso di rilevatori molto sensibili e di tecniche di elaborazione del segnale avanzate.
I primi passi per la realizzazione di una comunicazione ottica
Per testare e superare queste sfide, la NASA ha lanciato nel 2023 una dimostrazione tecnologica chiamata Deep Space Optical Communications (DSOC), che fa parte della missione Psiche, che si dirige verso un asteroide metallico chiamato Psiche. Il DSOC ha usato un laser nel vicino infrarosso per inviare dati codificati dalla sua posizione a circa 16 milioni di chilometri (10 milioni di miglia) di distanza dalla Terra, ovvero circa 40 volte più lontano di quanto la Luna sia dalla Terra.
Il messaggio laser è stato ricevuto dal telescopio Hale presso l’Osservatorio Palomar del Caltech in California, dopo che il DSOC ha puntato con precisione il suo laser verso il radiofaro laser uplink del JPL presso l’Osservatorio di Table Mountain, a 130 chilometri (100 miglia) di distanza. Questo è un risultato senza precedenti per la comunicazione ottica, che supera il precedente record stabilito nel 2013, quando la NASA inviò dati dalla Luna alla velocità di 622 megabit al secondo.
Il DSOC è una dimostrazione tecnologica della durata di due anni che mira a dimostrare una velocità di trasmissione dati da 10 a 100 volte superiore rispetto ai sistemi di radiofrequenza all’avanguardia utilizzati oggi dai veicoli spaziali. Il DSOC sarà anche usato per supportare altre missioni spaziali vicine alla Terra, come la Stazione Spaziale Internazionale, che sarà dotata di un terminale laser chiamato ILLUMA-T nel 2022. Il terminale riceverà dati scientifici ad alta qualità dagli esperimenti e dagli strumenti a bordo della ISS e poi li trasferirà a DSOC a 1,2 gigabit al secondo; DSOC, a sua volta, li trasmetterà con la stessa velocità a terra.
Il DSOC è solo uno dei tanti progetti che la NASA sta sviluppando per sfruttare le potenzialità della comunicazione ottica. Altri progetti includono il Laser Communications Relay Demonstration (LCRD), che sarà lanciato nel 2021 per testare la comunicazione laser in orbita geosincrona, e il Deep Space Network Ka-Band Array (DKA), che sarà costruito nel 2022 per migliorare la ricezione dei segnali laser dalla Terra.
La comunicazione laser nello spazio profondo è una sfida e una promessa per la NASA, che intende usare questa tecnologia per migliorare le prestazioni e le capacità delle sue missioni spaziali. La comunicazione laser potrebbe aprire la strada a una nuova era di comunicazione spaziale, in cui i dati saranno trasmessi a velocità senza precedenti e con una qualità superiore. Questo potrebbe consentire di fare nuove scoperte e di avvicinare l’umanità alla conquista dello spazio.
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