O programa de Comunicações Espaciais e Navegação da NASA (SCaN) demonstrou o primeiro sistema de retransmissão a laser bidirecional de ponta a ponta, implantado por meio de uma rede inovadora. Para testar o SCaN, eles enviaram dados para a Estação Espacial Internacional à impressionante velocidade de 1,2 gigabits por segundo. Utilizando largura de banda que normalmente seria reservada para comunicações mais importantes, a mensagem escolhida para o teste foi um conjunto de imagens e vídeos adoráveis apresentando animais de estimação de astronautas e funcionários da NASA.
Um grupo de astronautas e funcionários da NASA, incluindo Randy Bresnik, Cristina Kock e Kjell Lindgren, escolheu o primeiro teste de sistema de retransmissão de laser bidirecional de ponta a ponta da NASA para enviar fotos de seus queridos animais de estimação para a Estação Espacial Internacional. Como imagens e vídeos coloridos, são mais complexos, contendo muito mais pixels do que transmissões de texto ou diagramas técnicos. Isso o tornou o conjunto de dados perfeito para demonstrar a velocidade e agilidade do sistema integrado de modem de usuário e terminal amplificador de órbita terrestre baixa LCRD (ILLUMA-T).
A demonstração também testou uma nova técnica de rede. A transmissão de dados espaciais enfrenta atrasos significativos e potencial perda de dados devido às grandes distâncias envolvidas. Para resolver isso, a NASA desenvolveu a Delay/Disruption Tolerant Networking (DTN), que usa um processo de “armazenar e encaminhar” para lidar com interrupções de dados. Uma implementação avançada da DTN chamada High-Rate Delay Tolerant Networking (HDTN), desenvolvida pelo Glenn Research Center da NASA, aprimora ainda mais isso ao permitir a transferência de dados até quatro vezes mais rápido do que a tecnologia DTN atual. A HDTN agrega dados de várias fontes e os prepara para transmissão de volta à Terra, demonstrando suas capacidades durante o experimento de foto e vídeo de animais de estimação.
Os dados começaram sua jornada em um centro de operações de missão em Las Cruces, Novo México, antes de serem roteados para estações terrestres ópticas na Califórnia e no Havaí. De lá, os dados foram modulados em sinais de laser infravermelho e enviados para o satélite Laser Communications Relay Demonstration (LCRD) da NASA em órbita geossíncrona, que então retransmitiu os dados para o ILLUMA-T na estação espacial.
Historicamente, a NASA confiou em comunicações de radiofrequência para transferência de dados de e para computadores de bordo fora da nossa atmosfera. Com o avanço das comunicações a laser (mais conhecidas como comunicações ópticas), mensagens e pacotes de dados mais complexos podem ser transferidos muito mais rapidamente. Isso é possível porque, embora as ondas de rádio e a luz infravermelha viajem na velocidade da luz, o infravermelho se move em um comprimento de onda mais restrito. Isto permite que o sinal seja modulado muito mais rapidamente, o que significa que mais informações podem ser enviadas no mesmo período de tempo.
A comunicação a laser também promete melhorar o ambiente de trabalho e de vida em órbita. O terminal de comunicação a laser ILLUMA-T é menor, mais leve e requer menos energia do que os sistemas existentes. Com mais espaço e um consumo reduzido de energia, o sistema não só melhorará a comunicação com a Terra, mas tornará a vida um pouco mais fácil para os astronautas na estação espacial.
O teste SCaN não apenas destacou a velocidade e a eficácia de quão poderoso o sistema de comunicações a laser pode ser, mas também enfatizou o valor das demonstrações multiprograma. De acordo com o administrador associado adjunto e gerente do programa SCaN na NASA, Kevin Coggins, a campanha foi bem-sucedida tanto para o ILLUM-TLCRD quanto para o HDTN. “Eles não apenas demonstraram como essas tecnologias podem desempenhar um papel essencial na viabilização das futuras missões científicas e de exploração da NASA, como também forneceram uma oportunidade divertida para as equipes “imaginarem” seus animais de estimação auxiliando nessa demonstração inovadora.”
O uso de filmagens de animais de estimação como teste foi inspirado no teste de comunicação a laser da NASA de dezembro de 2023, que transmitiu um vídeo de um gato malhado chamado “Taters”, perseguindo o ponto de um apontador laser. Ele foi enviado da espaçonave Psyche a quase 30 milhões de quilômetros de distância para o Telescópio Hale no observatório Palomar, na Califórnia. O vídeo HD de 15 segundos levou apenas 101 minutos para chegar ao seu destino e representa um dos primeiros testes bem-sucedidos de transmissão de comunicações a laser de alta largura de banda no espaço profundo. Como o administrador adjunto da NASA disse na época, “Aumentar nossa largura de banda é essencial para atingir nossas metas futuras de exploração e ciência, e esperamos o avanço contínuo dessa tecnologia e a transformação de como nos comunicamos durante futuras missões interplanetárias”. Embora Taters não tenha a distinção de ser o primeiro gato no espaço (foi Félicette em 1963), ele pode orgulhosamente se autodenominar o tema do primeiro vídeo de gato no espaço.
Esta tecnologia DTN otimizada visa aprimorar os serviços de comunicação da NASA, incluindo segurança aprimorada, roteamento de rede de multimídia de alta definição e muito mais. À medida que o programa Artemis da NASA avança em direção ao estabelecimento de uma presença lunar sustentável, a SCaN continua a desenvolver tecnologia de comunicação inovadora para levar a confiabilidade e o desempenho da internet da Terra ao espaço.
ILLUMA-T, LCRD e HDTN são financiados pelo programa Space Communications and Navigation (SCaN) da NASA na sede da NASA. LCRD e ILLUMA-T são gerenciados pelo Goddard Space Flight Center da NASA, enquanto HDTN é gerenciado pelo Glenn Research Center da NASA. A rede de estações espaciais é gerenciada pelo Johnson Space Center e pelo Marshall Space Flight Center da NASA.
