Desarrollan tecnologías para comunicación óptica satelital

¿Qué infraestructura se requiere para comunicar por medio de un láser un satélite de órbita baja con una estación terrestre? Científicos de seis instituciones del país colaboran para responder a esta pregunta a través de un proyecto de investigación financiado por la Agencia Espacial Mexicana (AEM).

El objetivo es desarrollar tecnologías con el potencial de ser implementadas en proyectos nacionales de comunicación óptica satelital y para ello realizaron el primer experimento: comunicar por medio de láseres un receptor y un transmisor instalados en el Observatorio Astronómico Nacional Sierra de San Pedro Mártir (OAN SSPM) y en San Felipe, en Baja California.

En entrevista con la Agencia Informativa Conacyt, el doctor Arturo Arvizu Mondragón, especialista del Centro de Investigación Científica y de Educación Superior de Ensenada (CICESE) y coordinador del proyecto, afirmó que cuentan con la infraestructura electrónica, óptica y mecánica en laboratorio para desarrollar el proyecto.

“El fin del proyecto es decir qué es lo que se requeriría si se hiciera el satélite, tenemos la capacidad para definirlo y gente que ya ha hecho desarrollos de satélites pequeños, conceptualmente se va a poder decir qué debe tener el satélite. Nosotros vamos a especificar qué poner en el transmisor y qué poner en el receptor”.

Los experimentos que comenzó a realizar el equipo de investigadores consisten en enlaces de tipo horizontal, que difieren de la comunicación vertical que se establecerá con el satélite; sin embargo, en laboratorio se simulan las condiciones a las que se enfrentarán los láseres para comunicarse.

Hasta ahora lograron entablar la comunicación con el receptor y transmisor a 54 kilómetros de distancia y 2.5 kilómetros de diferencia de altura entre ambos puntos, lo que ya genera un problema de turbulencia óptica, una de las principales dificultades en el campo de las comunicaciones ópticas cuánticas.

El doctor Arturo Arvizu apuntó que mediante los experimentos se van definiendo las necesidades para la comunicación con un satélite de órbita baja, que conlleva distancias de aproximadamente mil kilómetros.

Aunado a la distancia, los investigadores deberán contemplar que el satélite está en movimiento y que pasará por el mismo punto entre cada siete y 10 minutos, por lo que el equipo e infraestructura deben estar preparados para entablar comunicación con el láser en estas condiciones.

Para ello, consideran una comunicación alterna, como por ejemplo radiofrecuencia, de forma que los especialistas cuenten con un indicio del momento en que el satélite estará nuevamente en el mismo punto sobre la Tierra.

Experimentos robustos

El equipo de investigadores que colabora en el proyecto es multidisciplinario. El doctor Josué Aarón López Leyva, académico del Centro de Enseñanza Técnica y Superior (Cetys) Universidad y especialista en telecomunicaciones, aporta en las interpretaciones del experimento dentro del campo de la mecánica cuántica.

“En ese caso del experimento, trabajamos con estados coherentes débiles o coherentes cuánticos. Entonces yo tengo que determinar la fase del estado, la amplitud del estado cuántico, tengo que determinar las propiedades del estado cuántico que llegaría al satélite, cómo sería afectado por la turbulencia atmosférica, que son las capas, cómo se vería afectado por la temperatura”, expuso en entrevista.

La dirección vertical y el incremento de la distancia, una vez que la comunicación satelital se establezca, son factores que los investigadores toman en cuenta en la interpretación de los experimentos.

Para el doctor Josué López, es indispensable desarrollar experimentos “robustos”, es decir, que cuenten con toda la preparación y detalles afinados para que, una vez que estén en campo, el margen de error se reduzca al mínimo.

“Hay un análisis previo, y a partir de enlaces en cortas distancias, se estima el comportamiento para dar paso al experimento y validar si la hipótesis es correcta, pero el experimento debe ser robusto porque hay tantas piezas móviles y subsistemas separados que hay que juntar, que un elemento que no esté bien hace que falle todo lo demás”.

Mayores distancias

El proyecto de la AEM es resultado del trabajo que gradualmente ha desarrollado el doctor Arturo Arvizu con estudiantes de posgrado del CICESE, en cuyos experimentos se van incrementando las distancias de los enlaces.

“Siempre que hay un sistema de comunicaciones o siempre que se va a comunicar un usuario que manda la información y otro que la recibe, puede ser de una dirección o en ambas direcciones, al poder hacer esta comunicación se le llama enlace”, explica el doctor Arturo Arvizu.

Apunta que los enlaces se pueden entablar por diferentes medios como la fibra óptica, medio al que recurre en los trabajos de experimentación que cotidianamente realiza en el CICESE, con fines didácticos.

“Hacemos enlaces de tipo didáctico, de unas centenas de metros, nos subimos a la azotea y apuntamos un láser a la parte superior del CICESE; en este tipo de enlaces es conveniente buscar siempre la mayor distancia”.

El aumento de las distancias entre receptor y transmisor también incrementa los retos de infraestructura y recurso humano para lograr establecer la comunicación y enviar datos.

Así fue como el doctor Arturo Arvizu y sus estudiantes pasaron de enlaces de 200 metros a 17 kilómetros de distancia y finalmente hasta los 57 kilómetros, con la colaboración de investigadores de otras instituciones.

“Estos experimentos nos han ayudado a definir las técnicas precisas, desde luego se necesita comunicación por otro medio, ya sea radio o celular, pero lo mismo hacen los satélites, necesitan una ayuda de radiofrecuencia”.

Las aplicaciones para estas tecnologías no están ancladas al campo de los satélites, sino que puede utilizarse en otras áreas, como por ejemplo, en comunicaciones seguras para realizar enlaces bancarios.

Arturo Arvizu puntualizó que una aplicación para este tipo de comunicación en un satélite de órbita baja, puede ser la captura de fotografías de la república mexicana a las que se acceda en tiempo real.

“La luz es un medio que permite mandar información más rápido que cualquier otro medio, sería para vaciar la información de las cámaras y hacer experimentos en el área de comunicación cuántica“, concluyó.

Fuente: CONACYT.