Los satélites de órbita baja podrían ofrecer pronto a millones de personas de todo el mundo acceso a comunicaciones de alta velocidad, pero el potencial de los satélites se ha visto obstaculizado por una limitación tecnológica: sus conjuntos de antenas sólo pueden gestionar un usuario a la vez. La relación uno a uno significa que las empresas deben lanzar constelaciones de muchos satélites o grandes satélites individuales con muchos conjuntos para proporcionar una amplia cobertura. Ambas opciones son caras, técnicamente complejas y podrían dar lugar a órbitas superpobladas.
Por ejemplo, SpaceX optó por la vía de las “constelaciones”. Su red, StarLink, consta actualmente de más de 6.000 satélites en órbita terrestre baja, más de la mitad de los cuales se lanzaron en los últimos años. SpaceX pretende lanzar decenas de miles más en los próximos años. Ahora, investigadores de ingeniería de Princeton y de la Universidad Yang Ming Chiao Tung de Taiwán han inventado una técnica que permite a las antenas de satélite de órbita baja gestionar señales para varios usuarios a la vez, lo que reduce drásticamente el hardware necesario.
En un artículo titulado “Compartir haces físicos para comunicaciones con múltiples satélites de órbita baja” publicado el 27 de junio en IEEE Transactions on Signal Processing, los investigadores describen una forma de superar el límite de un solo usuario. La estrategia se basa en una técnica común para fortalecer las comunicaciones mediante la colocación de conjuntos de antenas para dirigir un haz de ondas de radio precisamente donde se necesita.
Cada haz transporta información, como textos o llamadas telefónicas, en forma de señales. Mientras que los conjuntos de antenas en plataformas terrestres como las torres de telefonía celular pueden gestionar muchas señales por haz, los satélites de órbita baja sólo pueden gestionar una. La velocidad de 32.000 kilómetros por hora de los satélites y sus posiciones en constante cambio hacen que sea casi imposible gestionar múltiples señales sin mezclarlas.
“Para que una torre de telefonía celular se comunique con un coche que se desplaza a 96 kilómetros por hora por la autopista, en comparación con la velocidad a la que se intercambian los datos, el coche no se mueve mucho”, dijo el coautor H. Vincent Poor, profesor de Ingeniería Eléctrica e Informática de la Universidad Michael Henry Strater en Princeton. “Pero estos satélites se mueven muy rápido para permanecer allí arriba, por lo que la información sobre ellos cambia rápidamente”.
Para hacer frente a esa limitación, los investigadores desarrollaron un sistema para dividir eficazmente las transmisiones de un solo conjunto de antenas en múltiples haces sin necesidad de hardware adicional. Esto permite a los satélites superar el límite de un solo usuario por conjunto de antenas.
El coautor Shang-Ho (Lawrence) Tsai, profesor de ingeniería eléctrica en la Universidad Yang Ming Chiao Tung, comparó el enfoque con el de emitir dos rayos distintivos con una linterna sin depender de varias bombillas. “Ahora, sólo necesitamos una bombilla”, dijo. “Esto significa una enorme reducción en el costo y el consumo de energía”.
Una red con menos antenas podría significar menos satélites, satélites más pequeños o ambas cosas. “Una red de satélites convencional de órbita baja terrestre puede necesitar de 70 a 80 satélites para cubrir los Estados Unidos solamente”, dijo Tsai. “Ahora, ese número podría reducirse a tal vez 16”.
La nueva técnica se puede incorporar a los satélites existentes que ya están construidos, según Poor. “Pero un beneficio clave es que se puede diseñar un satélite más simple”, dijo.
Impactos en el espacio
Los satélites de órbita baja se encuentran en la capa inferior de la atmósfera terrestre, entre 160 y 2000 kilómetros de la superficie. Esta región del espacio ofrece un espacio limitado. Cuantos más objetos vuelen, más probabilidades hay de que se estrellen, rompiéndose y liberando fragmentos más pequeños de escombros que luego pueden chocar contra otros objetos.
“La preocupación allí no es tanto ser golpeado por un satélite que cae”, dijo Poor, “sino el futuro a largo plazo de la atmósfera y que la órbita se vea enturbiada por los escombros espaciales, lo que causa problemas”.
Debido a que la industria de los satélites de órbita baja está ganando terreno a un ritmo rápido, con empresas como Amazon y OneWeb desplegando sus propias constelaciones de satélites para proporcionar servicio de Internet, la nueva técnica tiene el potencial de reducir el riesgo de estos peligros.
Poor dijo que si bien este artículo es puramente teórico, las ganancias de eficiencia son reales. “Este artículo es todo matemáticas”, dijo. “Pero en este campo en particular, el trabajo teórico tiende a ser muy predictivo”.
Desde que publicó el artículo, Tsai ha realizado pruebas de campo utilizando antenas subterráneas y ha demostrado que las matemáticas funcionan. “El próximo paso es implementar esto en un satélite real y lanzarlo al espacio”, dijo.
Fuente: Tech Xplore.
