¿Cómo se comunican los satélites como Cassini con la Tierra?

Muchos satélites como Cassini o Voyager nos envían impresionantes imágenes desde el espacio, pero, ¿Cómo envían esta información de vuelta a la tierra?

El espacio ha cautivado a muchas personas, ha sido tema de películas y novelas de ficción e inspiración para muchas personas que terminan convirtiéndose en estudiosos de este lugar lleno de misterios y enigmas, así como de maravillas y bellezas.

La exploración espacial empezó desde la tierra. Nuestra enigmática amiga, la luz, nos permitió observar las estrellas y los planetas mucho antes de que el hombre soñara con dejar la tierra, y gracias a esto, hemos podido realizar enormes descubrimientos. Pero como el convicto que solo ve por la ventana, estábamos atrapados en nuestro planeta y nos perdíamos de muchas cosas que no podíamos observar por varios motivos. Algunas cosas como la atmósfera, la posición en la que nos encontrábamos dentro del planeta y la contaminación lumínica eran los principales enemigos de la exploración espacial.

Por este motivo, el hombre, en busca de mirar más allá de esa ventana, inició varios ambiciosos proyectos en el que se enviarían objetos construidos por nosotros con los instrumentos necesarios para "observar" por nosotros y luego contarnos de que va todo ahí afuera. El principal problema era ¿Cómo nos contaría lo que descubrió?

Capturar, Codificar, Enviar

No podemos esperar que una nave viaje millones de kilómetros al espacio profundo y luego vuelva con las buenas nuevas. Eso tomaría generaciones, pues la distancia entre planetas es enorme, y solo hablamos de nuestro sistema solar. Cuando involucramos objetos fuera de este, las distancias se vuelven tan absurdas que requieren nuevas unidades para expresarlas, como es el caso de las UA (Unidades astronómicas) o el año Luz.

Pero gracias a la tecnología digital, hemos descubierto que todo se puede convertir, con un alto grado de fidelidad, en una secuencia de 0 y 1 (ceros y unos), que es lo que llamamos código binario. Este mismo método es el usado para llevar la información desde Internet hasta tu hogar o tu móvil y es el mecanismo usado para transmitir el contenido que estás leyendo en este momento.

Entonces, los satélites toman una foto y la codifican en binario. Esto lo hacen con un computador especialmente diseñado para eso. ¿Y luego? ¿Cómo ese código binario viaja los miles o millones de kilómetros necesarios para llegar a la tierra y que podamos interpretarlos? La respuesta está en el espectro electromagnético.

Las ondas electromagnéticas y las comunicaciones de los satélites

El espectro electromagnético compone desde las ondas de radio, pasando por la luz visible hasta llegar a los rayos X y rayos Gamma. La luz visible es solo una pequeña parte del espectro, y como podrás suponer, si la luz viaja en el espacio, el resto de las ondas también lo hace. Esta característica de las ondas electromagnéticas es la que aprovechamos para transmitir la TV, la radio y hasta el Internet a nuestros móviles. Eso está bien para cortas distancias, pero ¿Cómo es que una señal de radio puede viajar tan lejos?

La verdad las señales viaja continuamente por el espacio, así como lo hace la luz, solo que para recibirlas es un poco complicado pues, como la luz, el resto del espectro también sufre de los efectos de la distancia. Sin embargo, esto no impide que las sondas como la New Horizons nos envíe imágenes impactantes y hasta en alta definición.

Para enviar la señal, las sondas poseen una gran antena parabólica que tiene la suficiente potencia para transmitir las señales codificadas en binario. Estas viajan los millones de kilómetros necesarios para llegar hasta la tierra y aquí, son recibidas por enormes grupos de antenas llamados Deep Space Network (DSN o red del espacio profundo) que consta de tres complejos, uno en California, Estados Unidos, otro cerca de Madrid, España y otro junto a Canberra, Australia. Estos tres complejos tienen una red de antenas ultrasensibles y están espaciados 120° para mantener la comunicación constante a pesar de la rotación de la tierra.

Estas antenas capturan la información transmitida por las sondas y las envía a las computadoras de control de misión correspondiente para que los encargados de la misión puedan procesar los datos. En otras palabras, es un modelo a gran escala de cómo se transmite la TV a tu casa o el Internet a tu móvil. Usa los mismos principios, pero instrumentos más sofisticados y sensibles.

Laser Communications Relay Demonstration (LCRD)

Aunque las viejas ondas de radio siguen funcionando bastante bien para la comunicación, el ancho de banda que estas ofrecen es bastante limitado, por lo que una transmisión de una simple imagen puede tomar incluso horas. Si queremos enviar misiones capaces de transmitir imágenes con mayor definición e incluso videos, necesitamos optimizar el tiempo de estas transmisiones. Y esto es precisamente lo que quiere la NASA con su nueva misión LCRD.

Como su nombre lo indica, Laser Communications Relay Demonstration pretende usar Láseres para transmitir la información que envían las sondas a la tierra. Según explican los responsables de la misión, al tener una longitud de onda mucho más corta, la dispersión de la misma mientras viaja por el espacio es mucho menor. Esto podría significar una mejora de 10 a 100 veces en la velocidad de transmisiones con respecto a las transmisiones por radio frecuencia más rápidas conocidas.

Los investigadores están trabajando en este proyecto, buscando las alternativas ópticas más eficientes para usar esta tecnología en las futuras misiones de la NASA. Las primeras pruebas podrían realizarse para el año 2019, cuando esperan poner en órbita un satélite comercial con los instrumentos necesarios para enviar y recibir comunicaciones a través del haz de laser invisibles en un espectro cercano al infrarrojo, el cual será recibido en tierra en estaciones en California y Hawái. Durante el período de pruebas, los investigadores esperan estudiar los efectos que podrían tener condiciones atmosféricas como las nubes y tormentas en la comunicación, así como los mecanismos para mitigar los posibles efectos negativos que estos tengan.

La exploración del espacio extrasolar: La nueva meta

Aunque logramos escapar de nuestra "ventana" y pudimos ver un poco más de cerca los impresionantes objetos que ocupan el espacio, la verdad es que seguimos siendo prisioneros de las distancias enormes que conforman el universo. La luz, aunque parezca increíblemente rápida, la verdad es más bien lenta para recorrer el espacio. Para que te hagas una idea, a la luz le toma unos 100.000 (si, son cien mil, no me equivoqué con los ceros) años viajar de un extremo al otro de nuestra galaxia. Y eso es solo nuestra galaxia, una de los millones de galaxias que se encuentran en el universo observable, sin contar que, entre cada una de ellas hay un espacio vacío enorme de miles de años luz.

Esto desalienta cualquier exploración interestelar. Nuestra tecnología no nos alcanza para explorar tan siquiera, nuestra galaxia, pues estaríamos hablando de una misión de varios cientos de generaciones. Sin embargo, explorar lo que está más allá del sistema solar, aunque sigue siendo un reto, es algo más alcanzable. Y eso es precisamente lo que quieren hacer con las StarChips, unas pequeñas naves interestelares que pretenden viajar a Alpha Centauri, la estrella más cercana a nuestro planeta.

Dado que estas pequeñas naves del tamaño de una estampilla podrán alcanzar una velocidad sin precedentes, un 20% de la velocidad de la luz, estas naves podrán llegar a su destino en un par de décadas, y para transmitir la información desde tan lejos, se necesitará de todo el ingenio de los investigadores del proyecto.

Es posible que usen algún tipo de tecnología como LCRD, o quizás la mejoren. Lo cierto es que, enviar naves, ya sean tripuladas o no, hacia algún destino, no tiene ningún sentido si no pueden transmitir sus hallazgos de vuelta a casa. Es posible que en unos años estemos hablando de tecnologías de transmisión mucho más avanzadas y que puedan recorrer grandes distancias en menos tiempo y con mayor fidelidad, pero siempre vamos a estar atados a un límite inexorable del universo: La velocidad de la luz. Un límite que solo parece romperse en el mundo cuántico, mundo en el que posiblemente yace la respuesta que nos llevará a un mundo con comunicaciones instantáneas, independientes de la distancia.

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