La NASA comunicherà nello spazio con il laser

Posted on marzo 1, 2010

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La scorsa settimana, la NASA ha aperto a Canberra, in Australia tre nuove antenne che contribuiranno a rafforzare la capacità del NASA Deep Space Network, utilizzato per comunicare con i veicoli spaziali che viaggiano ben oltre l’orbita terrestre. Ma l’agenzia ha altri, più ambiziosi progetti in serbo.
Nel 1958, appena un anno dopo che lo Sputnik trasmise il primo bip radio sulla Terra dallo spazio, il Dipartimento della Difesa degli Stati Uniti lanciò il primo progetto per le comunicazioni via satellite, chiamato Project SCORE. In otto ore di funzionamento, la sonda fu utilizzata per memorizzare e trasmettere i messaggi, tra cui la prima trasmissione vocale dallo spazio.

La NASA, che fu istituita lo stesso anno, lanciò il suo primo satellite per le comunicazioni nel 1960. Il pallone Mylar largo 30 metri chiamato Echo I (nella foto), testato per comunicazioni passive, utilizzava semplicemente la sua superficie lucida per riflettere i segnali radio dalla Terra verso destinazioni oscurato dalla curvatura del pianeta.

Per questi ultimi decenni, la NASA ha usato il Tracking and Data Relay Satellite System (TDRSS) per inviare i messaggi tra la Terra e con i  veicoli spaziali e gli astronauti in orbita. La rete conta oggi otto satelliti geostazionari e diverse stazioni a terra. Alcuni dei satelliti hanno dimostrato una straordinaria longevità. Il satellite TDRSS, per esempio, è stato progettato per durare sette anni. E’ stato ritirato nel mese di ottobre 2009, dopo 26,5 anni di funzionamento.
Ma nuovi satelliti sono stati lanciati a partire dal 2002 ma i crescenti problemi tecnici di invecchiamento della rete hanno espresso la preoccupazione che non potranno essere in grado di tenere il passo con la domanda. NASA mira a sostituire i satelliti obsoleti con due nuovi satelliti nel 2012 e nel 2013. (Illustrazione:in alto: NASA).
Questa antenna radio di 70 metri a Goldstone, in California, fa parte dell NASA Deep Space Network, una  serie di parabole negli Stati Uniti, Spagna e Australia, che vengono utilizzatie per inviare e ricevere segnali da sonde distanti. La rete, che si compone di tre parabole di 70 metri e 10 minori, di 34 metri, viene utilizzata per comunicare con decine di veicoli spaziali, tra cui il rover su Marte e l’osservatorio solare SOHO.
Le parabole  più grandi della rete hanno più di 40 anni e sono spesso condizionate dalla loro età. Nel 2009, la NASA ha iniziato la ristrutturazione dei telescopi più grandi. La scorsa settimana, l’agenzia ha aperto a terra in Australia il primo di una serie di piccoli, efficenti radiotelescopi da 34 metri. Questi telescopi più piccoli saranno eventualmente combinati in modo da sostituire quelli più vecchi. (Immagine: NASA)
Comunicare con una sonda oltre l’orbita terrestre è un processo in gran parte inefficiente che richiede l’intervento umano. La NASA spera di semplificare questo processo utilizzando un nuovo protocollo Internet interplanetario, che è particolarmente avulso da ritardi e interruzioni. Ogni nave spaziale del Sistema Solare potrebbe diventare un nodo di comunicazione che potrebbe essere utilizzata per trasmettere automaticamente le informazioni.
 
Il primo test nello spazio profondo di questo protocollo ha già avuto luogo nel novembre 2008, quando i computer di Terra e quelli sulla sonda della NASA Epoxi hanno simulato la trasmissione dei dati da Marte alla Terra. Nel 2009, due nodi Internet interplanetari sono stati installati su un rack scientifico presso l’International Space Station. (Illustrazione: NASA / JPL)

Molti dei veicoli spaziali di oggi utilizzano una serie di apparecchiature radio per comunicare con gli avamposti satellitari in orbita terrestre e il Deep Space Network. Ogni sistema in genere utilizza una frequenza diversa e un differente schema di modulazione per inviare e ricevere messaggi radio. Per semplificare le cose, la NASA ha sviluppato un hardware che può essere riconfigurato con il software per comunicare a varie radio.

Nel 2006, la NASA ha iniziato a testare la prima versione di questo software nello spazio profondo in un pacchetto a bordo del Mars Reconnaissance Orbiter (nella foto). Nel 2011, la NASA prevede di lanciare un esperimento denominato Connect, che metterà alla prova la capacità dei dati GPS dal terra alla Stazione Spaziale Internazionale. (Illustrazione: NASA / JPL)
 
La luce visibile si diffonde ampiamente nello spazio, contrariamente ai segnali radio, il che significa che le trasmissioni di luce perdono meno energia. La luce visibile vanta lunghezze d’onda molto più brevi di quelle radio, il che significa che possono trasportare più informazioni nello stesso lasso di tempo.
La NASA spera di utilizzare il laser a lunghezze d’onda visibili per trasmettere i dati dal suo prossimo orbiter lunare, LADEE, che lancierà già nel 2012. 
Il laser potrebbe consentire ai satelliti di trasmettere dati a Terra a tassi che sono almeno 10 volte superiori a quella dei trasmettitori radio, con molto meno potere. La comunicazione ottica potrebbe facilmente accogliere la televisione ad alta definizione da Marte, dice Badri Younes, capo del NASA’s Space Communications e l’ufficio del programma di navigazione.
Diversi test di comunicazione laser sono già stati completati. Mentre in orbita, la sonda europea SMART-1 in orbita lunare ha già rilevato la luce laser inviata dalla Terra e le pulsazioni scambiate in 24 milioni di chilometri tra la Terra e la sonda della NASA Messenger. (Illustrazione: NASA)

Il futuro dunque, sarà la comunicazione laser.

A cura di Arthur Mcpaul

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