Il 24 luglio 2024, la NASA ha raggiunto un traguardo significativo nel campo delle comunicazioni spaziali, trasmettendo per la prima volta un video in 4K da un aereo alla Stazione Spaziale Internazionale (ISS) e viceversa, utilizzando comunicazioni ottiche (laser).
Questo esperimento, condotto dal team del Glenn Research Center della NASA a Cleveland, rappresenta un passo avanti cruciale nella tecnologia di trasmissione dati, con potenziali implicazioni per le future missioni lunari del programma Artemis.
La storia dell’evoluzione delle comunicazioni laser
Storicamente, la NASA ha fatto affidamento sulle onde radio per inviare informazioni da e verso lo spazio, ciononostante le comunicazioni laser utilizzano la luce infrarossa per trasmettere dati a velocità da 10 a 100 volte superiori rispetto ai sistemi a radiofrequenza. Questo progresso tecnologico non solo aumenta la velocità di trasmissione dei dati, ma consente anche di inviare una quantità significativamente maggiore di informazioni.
Durante l’esperimento, gli ingegneri del Glenn Research Center hanno installato temporaneamente un terminale laser portatile sulla pancia di un aereo Pilatus PC-12, il quale ha sorvolato il Lago Erie, inviando dati a una stazione di terra ottica a Cleveland.
Da lì, i dati sono stati trasmessi attraverso una rete terrestre al White Sands Test Facility della NASA a Las Cruces, in New Mexico, dove gli scienziati hanno utilizzato segnali di luce infrarossa per inviare i dati. I segnali hanno viaggiato per 22.000 miglia (circa 35.405 km) dalla Terra fino al Laser Communications Relay Demonstration (LCRD), una piattaforma sperimentale in orbita.
L’LCRD ha poi ritrasmesso i segnali al payload ILLUMA-T (Integrated LCRD LEO User Modem and Amplifier Terminal) montato sulla ISS, che ha quindi inviato i dati di ritorno alla Terra.
Questi esperimenti rappresentano un’importante conquista, come sottolineato dal Dr. Daniel Raible, investigatore principale del progetto HDTN (High-Rate Delay Tolerant Networking) presso il Glenn Research Center. La capacità di trasmettere video in 4K ad alta definizione da e verso la stazione spaziale potrebbe fornire future capacità, come videoconferenze in HD per gli astronauti del programma Artemis, cruciali per la salute dell’equipaggio e il coordinamento delle attività
Sviluppo e vantaggi della tecnologia di comunicazione laser
La comunicazione laser rappresenta una delle innovazioni più promettenti nel campo delle telecomunicazioni spaziali, a differenza delle tradizionali onde radio, le comunicazioni laser utilizzano la luce infrarossa per trasmettere dati, offrendo velocità di trasmissione significativamente superiori.
Questo progresso è cruciale per le missioni spaziali future, in particolare per quelle che coinvolgono la Luna e Marte, dove la quantità di dati da trasmettere è enorme.
Uno dei principali vantaggi delle comunicazioni laser è la capacità di trasmettere dati a velocità molto elevate, le comunicazioni laser possono trasmettere dati da 10 a 100 volte più velocemente rispetto ai sistemi a radiofrequenza, questo significa che grandi quantità di dati, come video in 4K, possono essere trasmesse in tempo reale, migliorando notevolmente la qualità delle comunicazioni tra la Terra e le missioni spaziali.
Oltre a quanto precedentemente detto, le comunicazioni laser sono meno suscettibili alle interferenze rispetto alle onde radio, con le prime che possono essere disturbate da vari fattori, come le condizioni atmosferiche e le interferenze elettromagnetiche, le comunicazioni laser, invece, utilizzano fasci di luce stretti che possono penetrare attraverso le nuvole e altre ostruzioni atmosferiche con maggiore efficacia.
La capacità di trasmettere video in 4K da e verso la Stazione Spaziale Internazionale (ISS) apre nuove possibilità per le missioni spaziali future, per dirne una, durante le missioni Artemis, gli astronauti potrebbero utilizzare videoconferenze in alta definizione per comunicare con i team di supporto sulla Terra.
Questo non solo migliorerebbe la coordinazione delle attività, ma potrebbe anche avere un impatto positivo sulla salute mentale degli astronauti, permettendo loro di mantenere un contatto visivo di alta qualità con i loro cari.
La tecnologia che si basa su comunicazioni laser del resto potrebbe essere utilizzata per trasmettere dati scientifici in tempo reale, durante le missioni di esplorazione lunare e marziana, gli strumenti scientifici a bordo delle navicelle spaziali generano enormi quantità di dati.
La capacità di trasmettere questi dati rapidamente alla Terra permetterebbe agli scienziati di analizzarli quasi in tempo reale, accelerando il processo di scoperta e innovazione.
Nonostante i numerosi vantaggi, la tecnologia di comunicazione laser presenta anche alcune sfide, una delle principali difficoltà è la necessità di un allineamento preciso tra il trasmettitore e il ricevitore: poiché i fasci di luce laser sono molto stretti, anche un piccolo disallineamento può interrompere la trasmissione dei dati.
Questo richiede sistemi di puntamento e tracciamento molto sofisticati, in grado di mantenere l’allineamento anche durante il movimento delle navicelle spaziali; un’altra sfida è rappresentata dalle condizioni atmosferiche.
Sebbene le comunicazioni laser siano meno suscettibili alle interferenze rispetto alle onde radio, possono comunque essere influenzate da condizioni atmosferiche estreme, come tempeste di polvere su Marte o tempeste di neve sulla Terra. Per superare queste sfide, gli ingegneri stanno sviluppando tecnologie avanzate di compensazione atmosferica, che permettono di mantenere la qualità del segnale anche in condizioni difficili.
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