La NASA si sta preparando per la sua prossima grande missione sulla Luna: Artemis II, che porterà quattro astronauti a volare intorno al nostro satellite naturale. Si tratterà della prima missione con equipaggio sulla Luna dall'Apollo 17 del 1972 e la NASA vuole che sia memorabile.
Non solo gli astronauti potranno vedere da vicino la superficie lunare, ma potranno anche condividere la loro esperienza con il resto di noi sulla Terra utilizzando la comunicazione laser.
La NASA vuole trasmettere video HD da Artemis II alla Terra con i laser, e LCRD è la tecnologia chiave che lo renderà possibile. La comunicazione laser è più veloce, più efficiente e più affidabile della comunicazione radio e potrebbe rivoluzionare il modo in cui esploriamo e comprendiamo il nostro sistema solare e oltre.
La comunicazione laser, o comunicazione ottica, è un modo di trasmettere dati utilizzando fasci di luce anziché onde radio. Presenta diversi vantaggi rispetto alla comunicazione radio tradizionale, come una maggiore larghezza di banda, un minore consumo di energia e meno interferenze. La NASA spera di utilizzare la comunicazione laser per trasmettere video e immagini ad alta definizione da Artemis II alla Terra quasi in tempo reale, cosa che non è mai stata fatta prima.
Sappiamo già che Nokia vuole installare il 4G sulla Luna, e altri sperano di stabilire opzioni internet anche lì, ma essere in grado di comunicare più rapidamente tra la Luna e la Terra non è un compito facile.
Per realizzare questa impresa, la NASA utilizzerà un sistema chiamato LCRD, o Laser Communications Relay Demonstration. LCRD è stato lanciato in orbita intorno alla Terra alla fine del 2021 e fungerà da stazione di collegamento tra Artemis II e le stazioni terrestri. L'LCRD utilizzerà due terminali ottici, ciascuno dotato di un telescopio, un trasmettitore laser e un ricevitore laser, per inviare e ricevere dati dai veicoli spaziali e dalle stazioni a terra.
I terminali ottici utilizzeranno laser a infrarossi, invisibili all'occhio umano, ma in grado di trasportare più informazioni delle onde radio. I laser saranno anche modulati, o codificati, con i dati utilizzando una tecnica chiamata modulazione di posizione degli impulsi (PPM), che varia la tempistica e la posizione degli impulsi laser per rappresentare i bit di informazione.
La sfida della comunicazione laser consiste nel mantenere un allineamento stabile e preciso tra i terminali ottici, che si muovono a velocità e distanze elevate. Ogni minimo disallineamento o disturbo atmosferico può far sì che il raggio laser manchi il bersaglio o ne degradi la qualità. Per superare questa sfida, l'LCRD utilizzerà una tecnologia chiamata ottica adattiva, che regola in tempo reale la forma dello specchio del telescopio per compensare eventuali distorsioni causate da turbolenze o vibrazioni.
L'LCRD utilizzerà anche una tecnologia chiamata rilevamento coerente, che misura la fase e l'ampiezza del segnale laser in arrivo e lo confronta con un segnale di riferimento generato dal ricevitore. Ciò consente un recupero dei dati più efficiente e preciso, nonché la correzione degli errori.
La NASA si aspetta che LCRD dimostri una velocità di trasmissione dati fino a 1,2 gigabit al secondo (Gbps) da Artemis II alla Terra, circa 100 volte più veloce dell'attuale sistema di comunicazione radio utilizzato dalla NASA. Ciò significa che l'LCRD potrebbe trasmettere un video full HD in circa un secondo, rispetto ai diversi minuti che richiede la radio.
L'agenzia spaziale spera che la LCRD apra la strada a future missioni che utilizzeranno la comunicazione laser come caratteristica standard, come Artemis III, che farà atterrare l'uomo sulla Luna, e Gateway, che sarà un avamposto lunare che supporterà l'esplorazione a lungo termine della Luna e oltre.
La comunicazione laser potrebbe anche consentire nuove scoperte e applicazioni scientifiche, come l'imaging ad alta risoluzione di pianeti e stelle distanti, il controllo in tempo reale di rover e robot su altri mondi e una migliore comunicazione con astronauti e veicoli spaziali nello spazio profondo.