A pesar del reciente auge de los cables submarinos de Internet, la Antártida sigue siendo el último continente no conectado. En su largo verano, alberga docenas de estaciones de investigación que albergan a miles de investigadores, que generan terabytes de datos al día. Pero todo el continente depende de la conectividad satelital que apenas califica como banda ancha.

Los cables submarinos terrestres ahora pueden alcanzar hasta 300 terabits por segundo (Tbps), pero la Antártida obtiene menos de 30 Mbps de sus enlaces satelitales. Incluso la Estación Espacial Internacional, en órbita terrestre, lo hace mejor que nuestro continente más austral; a 600 megabits por segundo, más de 20 veces el ancho de banda de la estación de investigación estadounidense McMurdo.

Pero, casi una década después de que se consideró por última vez, 2021 ha visto una oleada de interés en tender finalmente un cable a la Antártida que podría revolucionar la forma en que los científicos realizan sus investigaciones.

Megabit Internet en la Antártida

Tanto McMurdo como la base Scott de Nueva Zelanda se encuentran en la isla Ross, a 20 millas de la costa antártica, y la isla más austral del mundo, a unos 4000 km al sur de Christchurch, Nueva Zelanda.

Hasta el año pasado, Scott Base dependía de una conexión satelital de 2 Mbps, pero recientemente se actualizó a 10 Mbps de descarga / 6 Mbps de carga desde IntelSat con una latencia de 300 ms entre Scott Base y Nueva Zelanda. La estación US McMurdo, en el extremo sur de la isla Ross, alcanza algo más cerca de los 25 Mbps para compartir entre hasta 1000 personas en el verano austral.

“He visto evolucionar el programa antártico de depender de la radio HF punto a punto que se usó para mover datos de las estaciones de McMurdo y el Polo Sur en los años 80 y principios de los 90 a las comunicaciones satelitales modernas”, dice Patrick Smith a DCD .

Smith es gerente de desarrollo de tecnología y apoyo a la investigación polar en la Fundación Nacional de Ciencias, la agencia científica del gobierno de EE.UU.: “Estamos tratando de administrar una ciudad científica que respalde todas las logísticas que tiene que hacer; actualizaciones de software, intercambio de archivos de bases de datos, traslado de carga entre nosotros y los centros de logística en el norte, apoyo a los científicos y nuestros sistemas telefónicos, correo electrónico y videoconferencias médicas.

“Estamos haciendo toda esta increíble cantidad de cosas con la cantidad de ancho de banda que normalmente está disponible para un hogar en las zonas rurales de Estados Unidos, y estamos comenzando a alcanzar los límites prácticos de poder seguir creciendo y expandiéndonos”. Para él incluso un cable de 100 Gbps sería "un ancho de banda esencialmente infinito" para McMurdo y podría aliviar muchas de las limitaciones.

¿Puede la NSF fabricar un cable submarino?

Este año, la NSF organizó un taller para discutir cómo un cable cambiaría la vida y la investigación de los científicos y las estaciones del personal en la Antártida, y está en proceso de estudio de factibilidad antes de desarrollar potencialmente su propio cable al continente.

Después de décadas de depender de los satélites, el taller produjo un informe completo que detalla los impactos de cómo un cable y un gran impulso de ancho de banda podrían beneficiar la investigación, la logística y la seguridad, y la vida personal de la misión antártica.

“Una combinación de nuevos experimentos científicos de EE.UU requiere que EE.UU piense de manera diferente sobre sus requisitos de transferencia de datos, y la remodelación de las bases antárticas de Nueva Zelanda y EE.UU ha obligado a ambos programas a mirar hacia el futuro y abordar problemas de conectividad de larga data”, dice el Dr. John Cottle, principal asesor científico de Antarctica New Zealand, la agencia gubernamental responsable de llevar a cabo las actividades de Nueva Zelanda en la Antártida.

“A medida que avanzan la ciencia, la tecnología asociada y los métodos de almacenamiento de datos, es natural que los científicos recopilen cantidades mucho mayores de datos y deseen transferir estos datos a sus instituciones de origen para su procesamiento. Financieramente, un cable comienza a tener más sentido a medida que aumentan los volúmenes de datos, y [también] creo que, en general, hay una mayor demanda y expectativa de conectividad en todos los aspectos de la vida”.

Smith dice que la NSF analizó por primera vez la viabilidad de un cable submarino desde Australasia hasta la isla de Ross hace unos 10 años, impulsado en parte por el cable de fibra del Pacífico propuesto en ese momento que habría ido desde Australia a Nueva Zelanda y hacia los EE.UU. Sin embargo, PF cerró en 2012 y Smith dice que la NSF dejó que el tema "quedara inactivo".

Pero dos desarrollos recientes reavivaron la atención de NSF: el cable Humboldt de Chile conectará América del Sur con Asia. Mientras tanto, Datagrid está construyendo una instalación de hiperescala de 50 MW en la Isla Sur de Nueva Zelanda, cerca de Invercargill. “Las necesidades y la demanda para ayudar a respaldar el crecimiento de nuestro programa científico han cambiado la dirección hacia [un cable]. A medida que crecía la necesidad y el deseo de transformación digital, nos topamos con algunos límites de lo que se puede hacer con solo satélites convencionales regulares”.

Varios investigadores de DCD señalaron que es más probable que la administración estadounidense actual bajo el presidente Biden favorezca grandes proyectos científicos con un fuerte componente climático que el régimen anterior de Trump.

“La NSF, de repente, tiene un poco de fuego para explorar esta idea”, dice el profesor Peter Neff del Departamento de Suelo, Agua y Clima de la Universidad de Minnesota, quien ayudó a organizar el taller.

La carrera para conectar la Antártida se calienta

Después de años de poca actividad, de repente hay una serie de posibles proyectos de cable que buscan conectar la Antártida con América del Sur y Australasia.

En mayo de 2021, Silica Networks, una empresa del Grupo Datco, anunció que gastaría 2 millones de dólares en un estudio de factibilidad para conectar Ushuaia en Argentina, Peurto Williams cerca del Cabo de Hornos (el punto más al sur de Chile) y la Isla Rey Jorge de la Antártida, ubicada a 1000 km al sur y hogar de casi una docena de estaciones de investigación. En noviembre, el gobierno chileno también firmó un acuerdo para explorar la posibilidad de un cable submarino desde Puerto Williams hasta la Isla Rey Jorge.

“Estamos dando el primer paso para crear un hub digital antártico”, dijo el subsecretario de Telecomunicaciones de Chile, Francisco Moreno. “Aspiramos a que los grandes volúmenes de información científica circulen desde la Antártida hacia el resto del mundo a través de las redes de telecomunicaciones chilenas”.

En el lado de Australasia del continente, hay una serie de posibles proyectos de cable en proceso más allá del cable potencial de la NSF. En una presentación de febrero de 2021 al Comité Permanente Conjunto sobre la Capital Nacional y los Territorios Externos, la Oficina Australiana de Meteorología (BoM) discutió la posibilidad de un cable submarino que conecte las estaciones Mawson, Davis y Casey en el continente antártico y la isla Macquarie. estación de investigación, a Tasmania.

“El establecimiento de un cable submarino intercontinental a la Antártida puede ser beneficioso para los intereses australianos y garantizar mejor las operaciones seguras en el territorio mediante la diversificación de la infraestructura de comunicación utilizada para operar los servicios meteorológicos antárticos de la Oficina y permitir la expansión de los servicios y capacidades en todo el vasto territorio. continente”, dice el informe.

Según ZDNet, la División Antártica Australiana actualmente utiliza conexiones satelitales de banda C de Speedcast en cada una de sus cuatro estaciones, que tienen una capacidad de 9 Mbps y una latencia de 300 ms. Cada estación también tiene un enlace de datos de respaldo de la red de área global de banda ancha de Inmarsat, que proporciona un enlace de 0,65 Mbps con una latencia de 700 milisegundos.

Remi Galasso está involucrado en dos proyectos potenciales. Es el fundador de Hawaiki Cable, que une Australia, Nueva Zelanda, Hawái y la costa oeste de EE.UU. Su otra empresa, Datagrid, tiene un proyecto de hiperescala en la Isla Sur con una conexión de fibra entre Nueva Zelanda y Australia. Ese cable podría incluir el potencial de expansión a Ross Island. Según los informes, Galasso también está en conversaciones con funcionarios chilenos sobre la posibilidad de aterrizar el proyecto Asia-South America Digital Gateway que conecta América del Sur con Asia Pacífico en la Isla Sur de Nueva Zelanda en lugar de Auckland al norte, y esto podría suponer un estímulo para la Antártida. La empresa estaría separada de Hawaiki.

Norrlink de Australia es una empresa recién establecida que tiene como objetivo conectar las estaciones de investigación Hobart en Tasmania, Macquarie Island, McMurdo & Scott en Ross Island y la estación de investigación italiana Zucchelli en Terra Nova Bay.

Joe Harvey, director gerente de Norrlink, le dijo a DCD que la compañía tiene como objetivo desarrollar un cable financiado por un consorcio formado por la comunidad científica con intereses en la Antártida. Él dice que la compañía está actualmente en conversaciones con clientes potenciales, está enfocada en formar el consorcio para reunir fondos y es "optimista" de que hará el pedido a mediados de 2022.

“Actualmente estamos enfocados en formar el consorcio para reunir fondos”, dice. “Este es un cable centrado en la investigación y el proyecto difiere mucho de un proyecto comercial estándar de fibra submarina que genera ingresos”.

Dijo que hay interés en construir las primeras estaciones terrenas de satélite LEO y ve un "gran potencial" para trabajar con OneWeb y Starlink en un punto de aterrizaje en el continente, y que un cable podría permitir más experimentos comerciales remotos similares a los que tiene lugar la ISS.

Cómo un cable antártico podría ayudar a las personas, la investigación y la seguridad

Un cable a McMurdo y otras bases de investigación podría ser transformador para la investigación de los científicos, así como para su calidad de vida.

En el lado de la investigación, los científicos generan más datos de los que pueden enviar, por lo que la información a menudo se comprime y se reduce para enviarla en submuestras vía satélite. Luego, los datos sin procesar se envían a través de los discos duros. Un cable podría permitir a los científicos registrar y enviar muchos más datos a sus respectivas instituciones de investigación mucho más rápido.

“La escasez es el modo para todo allá abajo, desde lujos como la comida y estar caliente todo el tiempo, hasta tener un buen Internet o no”, dice Neff de la UoM. “Definitivamente estamos acostumbrados a no hacer mucho con los datos cuando estamos en la Antártida; diseñamos todos nuestros experimentos basados ​​en esta suposición de la escasez de recursos.

“Si tuviéramos Internet de fibra completa, podemos comenzar a volvernos locos con nuestra imaginación de todas las formas en que obtenemos una ciencia mejorada. Tener un mejor ancho de banda cambiaría fundamentalmente la forma en que los humanos trabajan allí”.

Del mismo modo, Cottle de Antarctica NZ dice que un cable que fue a la Base Scott podría permitir el monitoreo durante todo el año del Mar de Ross y el Océano Austral, y el control remoto y el seguimiento de drones aéreos y submarinos junto con globos meteorológicos; más observaciones en tiempo real y mayor densidad de datos geográficos, atmosféricos, oceanográficos y meteorológicos; e incluso permitir que la base comience a usar la computación en la nube para grandes conjuntos de datos.

La comunidad de investigación atmosférica en particular está muy interesada en obtener más datos e imágenes en tiempo real. El clima influye en todo en el continente antártico; los vuelos a McMurdo, el Polo Sur y otros lugares de campo a veces tienen que regresar porque las condiciones climáticas hacen que sea peligroso aterrizar.

El sistema de predicción de mesoescala antártica utiliza datos recopilados de la Antártida y los procesa en el Centro Nacional de Investigación Atmosférica para proporcionar una vista detallada de los sistemas meteorológicos alrededor de McMurdo y el área circundante. Un cable permitiría enviar más datos a los EE. UU. con mayor rapidez, lo que permitiría predicciones a largo plazo más precisas y la capacidad de enviar más información a McMurdo casi en tiempo real.

"Si el ancho de banda estuviera allí, la información podría salir del Centro Nacional de Investigación Atmosférica donde se ejecuta el modelo, sobre el hielo para tener una descripción mucho más completa de lo que está sucediendo", explica el profesor David Bromwich, meteorólogo polar en el estado de Ohio. “Las cosas pueden cambiar muy rápidamente allí abajo. [En este momento] tiene lo que sucederá en las próximas horas, pero la NSF quiere expandir la temporada fuera de los meses más cálidos para poder realizar algunas actividades durante todo el año. Entonces, la pregunta es ¿Cómo será no solo durante las próximas horas, sino durante los próximos días?

McMurdo es un importante centro logístico para los científicos que viajan al Polo Sur, estaciones de campo u otras bases de investigación, y tener un mayor ancho de banda ofrece a los investigadores la oportunidad de ser más productivos mientras esperan para poder continuar. Agregar un cable podría mejorar inmensamente la calidad de vida de las personas estacionadas en McMurdo. El acceso Wi-Fi actualmente está restringido al personal científico y solo en ciertos edificios.

“Es un pueblo pequeño; podría haber entre 500 y 1000 personas en su punto máximo, y están tratando de mantener sus vidas en casa mientras todavía están desplegados en la Antártida”, dice Smith de NSF. "Contactar con familiares y amigos, tal vez incluso pagar facturas y otras cosas. Eliminar estas restricciones de ancho de banda lo haría mucho más fácil".

Y si bien puede parecer trivial en comparación con la investigación científica o la predicción del clima potencialmente mortal, un cable también permitirá un mayor acceso a las redes sociales. La NSF siempre está interesada en promover la ciencia, y las capacidades ilimitadas en torno a las videollamadas y las redes sociales pueden ayudar a difundir la ciencia polar. Los videos de TikTok de dos investigadores en el Polo Sur se han vuelto virales durante el último año y muestran cuán poderosas pueden ser las redes sociales.

“Incluso cosas como nuestro alcance educativo requieren comunicaciones digitales modernas”, dice Smith de NSF. “Muchos de nuestros beneficiarios intentan realizar sesiones de divulgación educativa utilizando las redes sociales, que tenemos que limitar. Quitándose esa restricción, podrían hacer cosas como sesiones en vivo con las aulas”. Neff señala que el aspecto humano de la vida en la Antártida puede perderse en el esfuerzo de investigación, y más ancho de banda haría más fácil compartir toda la experiencia.

“El producto de nuestros proyectos de investigación suele ser un artículo en el Journal of Glaciology, pero eso no hace justicia al enorme esfuerzo humano de las personas que te apoyan. Nada de eso se captura en nuestros resultados”, dice.

“Agregaría mucha profundidad adicional para comunicar mejor lo que significa hacer ciencia y el genuino trabajo en equipo que implica; tienes que preocuparte realmente por todos en tu proyecto, ya sea que tengan o no un doctorado, no importa cuando estás en la Antártida”.

Cables submarinos en temperaturas bajo cero

Smith dice que la NSF tiene un estudio encargado con la asistencia de la Agencia de Sistemas de Información de Defensa (DISA), que según él es el experto gubernamental en la materia en esta área, para explorar la viabilidad, los costos y los plazos de un posible proyecto de cable.

Además de garantizar que un cable esté enrutado y protegido para evitar que los icebergs rompan el lecho marino, es casi seguro que se necesitarán rompehielos, y puede haber una ventana muy limitada para tender un cable. El Océano Austral también es notablemente difícil de navegar.

"Nadie ha tendido un cable en la Antártida antes, no me sorprendería si hay algunos desafíos que tendremos que aceptar y resolver", dice Smith. “¿Cuál es el riesgo de socavación del iceberg; necesitamos asegurarnos de que entendemos cómo es la batimetría; ¿Qué significa tratar de tender un cable cuando solo tiene una cobertura limitada sin hielo? cuáles son los estados del mar; ¿Y se pueden conseguir barcos de cable que estén clasificados para operar en regiones polares?

Nadie ha tendido un cable en la Antártida, pero hay algunos paralelos con los cables tendidos en el Ártico. Los cables que conectan Groenlandia con Canadá e Islandia se colocaron en 2010, mientras que los cables que unen la isla de Svalbard con Noruega y Finlandia se colocaron en 2002.

La firma de comunicaciones de Alaska Quintillion se asoció con Ciena para su cable submarino de Alaska de 2017, que planea extender a Europa, y Rusia planea tender el cable Polar Express a lo largo de la costa norte del Ártico. Brian Lavallée, director sénior de Ciena, dice que tender cables en las regiones polares es un desafío, pero es posible.

“Los desafíos relacionados con el hielo influyen en gran medida en la instalación, la protección y el mantenimiento de los cables”, dice. “Se requieren barcos modificados o construidos especialmente capaces de navegar por vías fluviales heladas del Ártico/Antártico, que pueden ir acompañados de barcos rompehielos especialmente construidos porque el tendido de un cable submarino sigue una ruta de inspección predeterminada cuyas partes pueden congelarse”.

“Los cambios en el cable en sí probablemente serán menores o innecesarios en la mayoría de los casos, ya que ya hay cables existentes en aguas frías. Los métodos de instalación y enterramiento, así como el blindaje, pueden personalizarse según el lugar donde se instale físicamente el cable submarino”.

Smith señala, sin embargo, que el área del océano por la que pasaría el cable se ha estudiado ampliamente a través de programas científicos internacionales no solo de EE.UU sino también de Nueva Zelanda y Corea del Sur.

“Hay una gran cantidad de información científica y un conjunto de conocimientos de una amplia gama de disciplinas de personas que estudian las capas de hielo; icebergs; el fondo del océano y la erosión del iceberg; la comunidad bentónica [del fondo del mar] de vida orgánica. Creo que va a haber una gran cantidad de conocimiento científico que el estudio de escritorio puede aprovechar”.

Los cables SMART se convierten en instrumentos científicos

Un beneficio inesperado de cualquier cable a la Antártida señalado en el taller es que podría usarse no solo para transportar datos científicos, sino también para convertirse en un instrumento de investigación en sí mismo.

“La instrumentación del cable abre algunas posibilidades emocionantes para la investigación oceanográfica en un área del mundo que realmente no tiene mucho en cuanto a monitoreo sostenido”, dice Smith. "Se establecieron muchas conexiones entre los instrumentos de un cable y cómo eso podría beneficiar la investigación del cambio climático y el monitoreo a largo plazo que es esencial para el monitoreo del cambio climático".

Los sistemas de cable de monitoreo científico y telecomunicaciones confiables (SMART, por sus siglas en inglés) insertan sensores en repetidores de cables submarinos, lo que proporciona información continua sobre la temperatura del océano y la presión del agua a intervalos de distancia regulares.

Se están discutiendo proyectos potenciales para su despliegue frente a las costas de Sicilia, Portugal, Vanuatu y Nueva Zelanda. "Proporcionaría una nueva ventana a las profundidades del océano", dice el profesor Bruce Howe, profesor de investigación en el Departamento de Ingeniería de Recursos y Océanos de la Universidad de Hawái, Escuela de Ciencias y Tecnología de los Océanos y la Tierra (SOEST). “Son muy pocas medidas, y cualquier medida que tengamos suele ser muy intermitente”.

Los cables científicos dedicados son raros, se cuentan por docenas en comparación con los aproximadamente 400 cables submarinos comerciales. La mayoría de los datos de investigación oceanográfica se recopilan a través de barcos y boyas, que son costosos y, a menudo, solo brindan datos aislados e intermitentes. Un cable SMART podría proporcionar una gran cantidad de información nueva.

“Al agregar 2000 repetidores con mediciones de temperatura profunda, serían 2000 mediciones que no tenemos actualmente”, dice Howe. "Estaríamos proporcionando una medición dependiente del tiempo y el espacio del aumento del nivel del mar a medida que las aguas que se derriten desde diferentes lugares y fluyen alrededor del mundo intentan equilibrarse".

Al medir la presión del agua, por ejemplo, los científicos pueden rastrear el aumento del nivel del mar. Más agua en el océano aumenta la presión en el fondo. Un cable de Nueva Zelanda a la Antártida serviría más directamente para medir la formación del agua del fondo del Ártico.

“El agua más fría del océano se forma en la Antártida, se hunde y se esparce por el océano global”, dice Howe. “Una de las áreas de formación es el Mar de Ross, donde iría ese cable, por lo que tendría mediciones directas de temperatura versus tiempo a lo largo de 5000 kilómetros. Eso sería un gran beneficio directo”.

A un promedio de la industria de alrededor de 30.000 dólares por kilómetro, un cable de aproximadamente 3.500 km desde Nueva Zelanda hasta la isla de Ross podría costarle a la NSF alrededor de 100 millones de dólares, antes de sumar el costo de los repetidores SMART, el costo adicional probable de los barcos rompehielos, etc.

Howe dice que él y el grupo de trabajo de la UIT calculan que los cables SMART aumentan el costo de un cable en alrededor de un 10 por ciento. Pero el beneficio científico podría ayudar a la NSF a justificar el costo de todo el proyecto.

El presupuesto anual de la NSF es de alrededor de 8 mil millones de dólares, con alrededor de 500 millones dedicados a la misión polar. La Ley de Innovación y Competencia de 2021 aún no se ha aprobado, pero podría aumentar potencialmente los presupuestos de la NSF en decenas de miles de millones de dólares durante el mandato de Biden.

Mientras tanto, es probable que la NSF necesite reorganizar los fondos o pedirle al Congreso el dinero además de su asignación habitual. También es posible que los países con estaciones de investigación vecinas quieran contribuir con el costo. “La Antártida está cambiando”, dice Neff.

“Es un lugar realmente grande y es difícil observarlo todo, especialmente desde el suelo. Cualquier forma en que podamos obtener más observaciones en el espacio y en el tiempo conectando cosas al sistema de fibra o teniendo más ancho de banda en nuestra estación de investigación principal, la estación McMurdo, es beneficiosa”.

Conectar la 'última milla' con el Polo Sur no es tarea fácil

McMurdo parece posible en el equipo cercano, pero conectar las numerosas bases de campo y las operaciones temporales tierra adentro podría seguir siendo un desafío, y los satélites probablemente seguirán siendo una parte clave del panorama de conectividad.

"Hay diferentes rangos en términos de 'última milla', el radio de cero a 100-150 kilómetros alrededor de McMurdo está al alcance de posibles soluciones inalámbricas modernas", dice Smith, señalando que la base podría servir como un 'punto de acceso de terabits' para la últimas conexiones.

“Cuando sales al campo más profundo, es más difícil. Tenemos campamentos de campo aislados que se encuentran dispersos por la Antártida occidental, según el lugar al que los lleve la ciencia. En este momento, estoy buscando soluciones satelitales para ayudarlos”, agrega.

El Polo Sur presenta un desafío aún más difícil. Ubicada a unos 1.360 km tierra adentro y ocupada por unas 150 personas en el verano, la estación del Polo Sur Amundsen-Scott alberga el Observatorio de Neutrinos IceCube y el Telescopio del Polo Sur; dos grandes proyectos de generación de datos.

“La Estación del Polo Sur tiene nuestra mayor demanda de datos con los florecientes programas de astronomía y astrofísica allí”, dice Smith. “En este momento, los estamos apoyando por satélite y hay discusiones sobre varias soluciones satelitales para satisfacer las necesidades futuras”.

Smith dice que cuando la NSF exploró un posible cable a McMurdo hace una década, también analizó la posibilidad de tender un cable a través del continente antártico entre el Polo Sur y McMurdo, una franja de tierra cubierta de hielo profundo.

“Ese fue un desafío bastante difícil; toda la capa de hielo se mueve, ya diferentes velocidades; hay una cadena montañosa que tienes que cruzar; hay hielo glacial drenándose a través de ese paso por el que pasarías; y luego, incluso al nivel del mar en la plataforma de hielo de Ross, hay mucho movimiento.”.

Señala que es probable que el satélite siga siendo clave para el Polo Sur en el futuro previsible. También seguirá siendo importante para McMurdo por su resiliencia y respaldo. Incluso si llega un cable, siempre existirá la posibilidad de fallar en un lugar tan inhóspito.

“Creo que lo que hacemos en la Antártida es increíble, y la conectividad completa allí nos llevaría a la próxima era de la ciencia antártica”, concluye Neff. “Pasamos de la era de la exploración hasta las décadas de 1920 y 1930, saltamos a esta era de la ciencia en la Antártida en la década de 1950, y hemos estado operando básicamente de la misma manera desde entonces”. “Es hora de intentar cambiar las cosas y tener todo el poder de la tecnología digital del siglo XXI allá abajo. Solo se volverá más importante a medida que la Antártida continúe cambiando en un mundo que se calienta”.