La NASA, 60 años de comunicar misiones interplanetarias

Una enorme antena de 70 metros en Canberra, Australia, conecta a la Tierra con el Voyager 2, uno de los objetos creados por el hombre que está a una mayor distancia del globo terráqueo. La nave atraviesa el espacio interestelar, la región entre las estrellas donde ahora navega tras ser enviada al espacio en 1977. Ha explorado a detalle el Sistema Solar y mandado fotos que han hecho historia y sigue mandando datos. La única capaz de seguir sus huellas es la antena que forma parte de las herramientas principales de la llamada Red del Espacio Profundo (DSN) de la NASA.

Para poder contactar con una nave espacial interplanetaria, la NASA depende de una serie de antenas de radio gigantes repartidas en tres lugares estratégicos: Barstow (cerca de California), EU; Madrid, España; y Canberra, Australia. Cada uno de estos países se encuentra en un tercio de la Tierra y aproximadamente a una distancia similar (120 grados). La finalidad de la ubicación de las antenas es que a pesar de los giros de la Tierra, las comunicaciones con las naves espaciales mantengan un flujo constante. La DSN apoya 39 misiones regulares y otras 30 en desarrollo.

Esta red de comunicaciones ha estado transfiriendo datos, literalmente del cielo a la Tierra, durante 60 años, actualmente sus antenas funcionan a plena capacidad por la demanda de sus servicios por todos los proyectos que tiene la agencia espacial, incluidas las misiones tripuladas a la Luna, que están solicitando más tiempo del que la capacidad actual de la red puede proporcionar. Según un reciente reporte de supervisión de la agencia, las misiones de la NASA recibieron entre 8 mil 500 y 15 mil horas de seguimiento DSN menos de las solicitadas.

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El informe también anticipó que la demanda de soporte DSN aumentará en la próxima década con un exceso de demanda de horas que alcanzará el 50% para la década de 2030. Una parte de esa mayor tensión en la red es por las próximas misiones de Artemisa a la Luna que tendrá su primera misión tripulada para lanzarse a finales de 2024. En el recuento de estas seis décadas de historia, la NASA anunció diversos proyectos para fortalecer el flujo de comunicaciones espaciales de su red.

Varios pasos adelante

Gestionada por el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA, la DSN es una de las tres redes del Programa de Navegación y Comunicaciones Espaciales (SCaN). Esta red está inserta en la Dirección de Misiones de Operaciones y Exploración Humana. El equipo de científicos detrás de la DSN, trabaja para aumentar la capacidad de la red para la futura exploración espacial, pero también para mantener la calidad de observaciones cotidianas de radar y radioastronomía que mejoran la comprensión del Universo.

La NASA trabaja en mejorar la capacidad de las antenas. Hace dos años estrenó su antena número 13, llamada Estación Espacial Profunda 56 (DSS-56). Es una parabólica de 34 metros de ancho, colocada en la estación de Madrid, que es “todo en una”. Las antenas anteriores están limitadas a ciertas bandas de frecuencia y sólo pueden recibir y transmitir información a ciertas naves espaciales, en cambio ésta fue la primera de la red en utilizar la gama completa de frecuencias para comunicar con todas las misiones.

Además, los especialistas se encargaron de actualizar a la Estación Espacial Profunda 43 (DSS-43), la enorme antena de 70 metros ubicada en Canberra. El equipo de DSN completó durante un año actualizaciones críticas. Se trata de una herramienta clave en el hemisferio sur, tiene un transmisor lo suficientemente potente para enviar comandos a la muy nave espacial Voyager 2. Con transmisores reconstruidos y equipos mejorados, DSS-43 podrá prestar servicio eficaz durante las próximas décadas. Existen otras dos antenas de estas mismas dimensiones, en Goldstone y Madrid, que están siendo renovadas para igualar sus funciones. En el proyecto también se contemplan más antenas de 18 metros llamadas LEGS, dedicadas exclusivamente a misiones lunares.

Fuente: NASA

La capacidad de transmisión de datos es central para cristalizar estas misiones en tierra firme. La DSN permite a las misiones rastrear, enviar comandos y recibir datos científicos de naves espaciales lejanas. Además de apoyar misiones, las antenas se utilizan para estudiar agujeros negros, planetas y rastrear objetos cercanos a la Tierra. Las antenas DSS-14 y la DSS-13 de 34 metros, de Goldstone, han observado hasta la fecha 375 asteroides cercanos a la Tierra.

La generación y demanda de datos cada vez es mayor. La tasa de datos de las naves espaciales del espacio profundo ha aumentado más de 10 veces desde las primeras misiones lunares en la década de 1960. Cuando el rover Perseverance Mars 2020 de la NASA aterrizó en el Planeta Rojo, la Red de Espacio Profundo (DSN) permitió a la misión enviar y recibir los datos que ayudaron a hacer posible el evento. Marte es otro ambicioso foco de exploración, de ahí la necesidad de mayores volúmenes de datos.

El poder del láser y nuevos enfoques

Los especialistas señalan que las comunicaciones ópticas son una herramienta que puede ayudar a satisfacer la demanda de mayores volúmenes de datos, mediante el uso de láseres para permitir una comunicación de mayor ancho de banda. Durante los próximos años, la NASA tiene planificadas varias misiones para demostrar comunicaciones láser que mejorarán la capacidad de la agencia para explorar aún más el espacio.

Desde el comienzo de los vuelos espaciales, en la década de 1950, las misiones de la NASA han aprovechado las comunicaciones por radiofrecuencia para enviar datos desde y hacia el espacio, pero las comunicaciones láser, también conocidas como comunicaciones ópticas, optimizarán aún más las misiones con capacidades de datos sin precedentes. Las comunicaciones láser permitirán que se transmitan de 10 a 100 veces más datos a la Tierra que los sistemas de radiofrecuencia actuales. Para ejemplo, se necesitarían alrededor de nueve semanas para transmitir un mapa completo de Marte a la Tierra, con los sistemas de radiofrecuencia actuales, con todo el poder del láser, llevaría nueve días.

También se están centrando en nuevos enfoques sobre la logística de operaciones. Durante la mayor parte de la historia del DSN, cada complejo fue operado localmente, ahora se propuso un protocolo llamado “Follow the Sun”, para que cada complejo ejecute toda la red durante su turno diurno y luego entregue el control al siguiente complejo al final del día. Los expertos lo definen como una carrera de relevos global de 24 horas que reportará ahorros en tiempos y costos. “Cada sitio trabaja con los demás, no sólo durante los períodos de entrega, sino también en el mantenimiento y en el rendimiento de las antenas en un día determinado. Realmente nos hemos convertido en una red que opera a nivel global”, ha dicho Michael Levesque, subdirector de la red.

La red también ha implementado nuevos enfoques para gestionar las comunicaciones en el espacio profundo. En el pasado, si era necesario dar servicio a varias naves espaciales que orbitaban alrededor de Marte al mismo tiempo, la red tendría que apuntar una antena por nave espacial utilizando potencialmente todas las antenas de un complejo determinado. Con un nuevo protocolo, el DSN puede recibir múltiples señales desde una sola antena y dividirlas en el receptor digital. Eso permite a los operadores supervisar múltiples actividades simultáneamente y la automatización se extiende a más procesos.

“A medida que la NASA gira hacia la exploración humana extendida de la Luna, es posible que la agencia necesite dar capacidad DSN a misiones prioritarias en fases críticas, como los lanzamientos, mientras que otras misiones se conformarán con datos limitados o nulos durante esos períodos”, apunta Levesque, y subraya que la búsqueda de mejores métodos y mejor tecnología para fortalecer las comunicaciones no se dejará de lado, pues es la única forma de materializar lo que sucede en el espacio profundo.

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