Il sistema di comunicazione raggiunge il collegamento laser dallo spazio più veloce di sempre

Dec 04, 2023

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Nel maggio 2022, il carico utile TeraByte InfraRed Delivery (TBIRD) a bordo di un piccolo satellite CubeSat è stato lanciato in orbita a 300 miglia sopra la superficie terrestre. Da allora, TBIRD ha fornito terabyte di dati a velocità record fino a 100 gigabit al secondo – 100 volte più veloci delle velocità Internet più elevate nella maggior parte delle città – tramite un collegamento di comunicazione ottica a un ricevitore terrestre in California. Questa velocità di trasmissione dati è oltre 1.000 volte superiore a quella dei collegamenti in radiofrequenza tradizionalmente utilizzati per le comunicazioni satellitari e la più alta mai raggiunta da un collegamento laser dallo spazio alla terra. E queste velocità da record sono state tutte rese possibili da un carico utile di comunicazione delle dimensioni di una scatola di fazzoletti.

Il Lincoln Laboratory del MIT ha concettualizzato la missione TBIRD nel 2014 come un mezzo per fornire capacità senza precedenti alle missioni scientifiche a basso costo. Gli strumenti scientifici nello spazio oggi generano abitualmente più dati di quelli che possono essere restituiti alla Terra tramite i tipici collegamenti di comunicazione spazio-terra. Con terminali spaziali e terrestri piccoli e a basso costo, TBIRD può consentire agli scienziati di tutto il mondo di sfruttare appieno le comunicazioni laser per effettuare il downlink di tutti i dati che potrebbero mai sognare.

Progettato e costruito presso il Lincoln Laboratory, il carico utile per le comunicazioni TBIRD è stato integrato su un CubeSat prodotto da Terran Orbital come parte del programma Pathfinder Technology Demonstrator della NASA. L'Ames Research Center della NASA ha istituito questo programma per sviluppare un autobus CubeSat (il "veicolo" che alimenta e guida il carico utile) per portare in orbita dimostratori scientifici e tecnologici in modo più rapido ed economico. Con un peso di circa 25 libbre e le dimensioni di due scatole di cereali impilate, il CubeSat è stato lanciato nell'orbita terrestre bassa (LEO) a bordo della missione di rideshare Transporter-5 di Space X dalla stazione spaziale della Cape Canaveral in Florida nel maggio 2022. La stazione terrestre ottica è situato a Table Mountain, in California, dove la maggior parte del tempo si verifica sotto la cima della montagna, rendendo questa parte del cielo relativamente chiara per la comunicazione laser. Questa stazione terrestre sfrutta il telescopio da un metro e l'ottica adattiva (per correggere le distorsioni causate dalla turbolenza atmosferica) presso il Jet Propulsion Laboratory Optical Communications Telescope Laboratory della NASA, con il Lincoln Laboratory che fornisce l'hardware di comunicazione terrestre specifico per TBIRD.

"Abbiamo dimostrato una velocità dati più elevata che mai in un pacchetto più piccolo che mai", afferma Jade Wang, responsabile del programma del laboratorio per il carico utile TBIRD e le comunicazioni di terra e assistente capo dell'Optical and Quantum Communications Technology Group. "Anche se l'invio di dati dallo spazio utilizzando i laser può sembrare futuristico, lo stesso concetto tecnico è alla base dell'internet in fibra ottica che usiamo ogni giorno. La differenza è che le trasmissioni laser avvengono nell'atmosfera aperta, piuttosto che in fibre contenute."

Dalle onde radio alla luce laser

Che si tratti di videoconferenze, giochi o streaming di film in alta definizione, stai utilizzando collegamenti ad alta velocità di dati che corrono su fibre ottiche di vetro (o talvolta di plastica). Circa il diametro di una ciocca di capelli umani, queste fibre sono raggruppate in cavi che trasmettono dati tramite impulsi di luce veloci provenienti da un laser o altra sorgente. Le comunicazioni in fibra ottica sono fondamentali nell’era di Internet, in cui grandi quantità di dati devono essere distribuite in modo rapido e affidabile in tutto il mondo ogni giorno.

Per i satelliti, tuttavia, non esiste ancora una Internet ad alta velocità basata sulle comunicazioni laser. Dall’inizio del volo spaziale negli anni ’50, le missioni hanno fatto affidamento sulle frequenze radio per inviare dati da e verso lo spazio. Rispetto alle onde radio, la luce infrarossa utilizzata nelle comunicazioni laser ha una frequenza molto più elevata (o una lunghezza d'onda più corta), che consente di inserire più dati in ciascuna trasmissione. Le comunicazioni laser consentiranno agli scienziati di inviare da 100 a 1.000 volte più dati rispetto agli odierni sistemi a radiofrequenza, in modo simile al nostro passaggio terrestre dalla connessione remota a Internet ad alta velocità.