Mientras el mundo se maravillaba ante el increíble vídeo en 4K que la misión lunar Artemis II de la NASA transmitía desde la órbita lunar a principios de este año, los miembros del equipo de la startup de comunicaciones ópticas Azora esperaban con ansiedad en un aparcamiento de California.

Habían recorrido unas 600 millas (966 km) desde su sede en Phoenix, Arizona, hasta un lugar cercano al Laboratorio de Comunicaciones Ópticas de la NASA, a las afueras de Los Ángeles, con el objetivo de demostrar las capacidades de su receptor terrestre portátil. Diseñado para permitir comunicaciones ópticas rentables entre el espacio y la Tierra, el dispositivo se había concebido durante un sprint de dos semanas y, hasta entonces, solo se había probado con éxito en un enlace con un satélite geoestacionario situado a unas 22 000 millas (35 406 km) de distancia.

¿Funcionaría a una distancia mucho mayor? A las 2:50 de la madrugada, el equipo obtuvo la respuesta. Cuando la cápsula Orión de la NASA, que transportaba a los astronautas de la misión Artemis II, salió de detrás de la Luna, el sistema de Azora fue capaz de captar su señal, lo que, según la empresa, demuestra que puede establecer un enlace de comunicaciones ópticas a una distancia de 240 000 millas (386 243 km).

El éxito de la misión Artemis II supuso un gran impulso para la óptica de espacio libre, la idea de que se puede emplear la luz, en lugar de las ondas de radio, para transmitir información desde el espacio hacia la Tierra. Esto podría permitir un mayor caudal de datos hacia y desde los satélites, abriendo la puerta a una economía espacial más amplia, que incluiría centros de datos espaciales.

Sin embargo, aún quedan varios retos importantes por superar para que esta tecnología se implante, entre ellos el hecho de que las señales ópticas son susceptibles de verse interrumpidas por condiciones meteorológicas adversas. Mientras empresas como Azora intentan abordar cuestiones relacionadas con el coste y la capacidad de despliegue, un nuevo laboratorio creado en la Universidad de Suffolk, en el Reino Unido, proporcionará un banco de pruebas para desarrollar rayos láser más fiables que podrían contribuir a que la comunicación óptica se convierta en una realidad para la industria espacial.

¿Gratis y fácil?

Tradicionalmente, la información se envía desde el espacio a la Tierra a través de conexiones de radiofrecuencia (RF). Esta tecnología ha prestado un buen servicio al sector desde las primeras misiones Apolo en la década de 1960, y es ampliamente utilizada por empresas de defensa y comunicaciones, tanto en tierra como en órbita.

Sin embargo, la RF tiene limitaciones en cuanto a la cantidad de información que puede manejar, lo que significa que el tipo de vídeo de alta definición transmitido por Artemis II (que retransmitió imágenes en directo de la misión durante diez días) no sería factible a través de un enlace tradicional.

También existen problemas de seguridad. «El bloqueo de las señales de RF es un gran problema», afirma el profesor Martin Lavery, director del Grupo de Investigación en Fotónica Estructurada y catedrático de Óptica en la Universidad de Glasgow, además de director técnico de Azora. «Si sobrevuelas cualquier zona de Ucrania, no puedes conectarte con el resto del mundo porque Rusia bloquea todas las señales de radio para impedir los ataques con drones.

Es probable que cualquier conflicto futuro implique algún tipo de bloqueo de radiofrecuencia, ya que eso, a su vez, afecta al GPS y a nuestra comunicación con los satélites y otras unidades».

Aquí entra en juego la óptica en el espacio libre. Utilizar la luz —o, más concretamente, los rayos láser— para transmitir información no solo es mucho más rápido, tal y como ha demostrado la misión Artemis II, sino que, según el profesor Lavery, es totalmente imposible de interferir. «La única forma de detenerlo es situarse justo en medio del rayo», afirma. «Nadie va a querer hacer eso en un contexto bélico».

Los investigadores llevan tiempo estudiando el uso de la comunicación óptica con este fin y, como resultado, varios proveedores consolidados y empresas emergentes están lanzando al mercado estaciones terrestres capaces de transmitir y recibir señales ópticas.

Entre ellos se encuentran empresas consolidadas de tecnología aeroespacial como Honeywell y Airbus. Honeywell cuenta con una estación terrestre óptica transportable (TOGS, por sus siglas en inglés) que, según afirma, puede proporcionar un enlace de 1 Gbps a satélites en órbita terrestre baja (LEO), del tipo utilizado por Starlink, de Elon Musk, y otros proveedores de comunicaciones espaciales. La TOGS, que se aloja en un contenedor de transporte con un telescopio retráctil que puede desplegarse para rastrear satélites, también admite comunicaciones cuánticas seguras, lo que significa que los datos pueden transmitirse protegidos por algoritmos capaces de resistir el descifrado mediante computación cuántica. Muchos expertos consideran que los ordenadores cuánticos serán lo suficientemente potentes como para descifrar los algoritmos de seguridad tradicionales en cuestión de años, por lo que se están desarrollando nuevos estándares a prueba de ataques cuánticos, y la TOGS está diseñada para ser compatible con el estándar de distribución de claves cuánticas BB84.

Por su parte, la startup británica Archangel Lightworks ha desarrollado una estación terrestre óptica mucho más pequeña, con un cabezal óptico de tan solo 1,1 m (3,6 pies) de altura y 0,7 m (2,3 pies) de diámetro. Según la empresa, está diseñada para ser portátil y se ha conectado con éxito a un satélite en órbita terrestre baja (LEO) en las pruebas realizadas a principios de este año. Según Archangel, las pruebas de campo «utilizaron el estándar de comunicación láser de la Agencia de Desarrollo Espacial de EE. UU. y se repitieron en múltiples pasadas para demostrar su fiabilidad».

Azora también ha diseñado su sistema pensando en la portabilidad, pero, como demuestra su reciente conexión con la misión Artemis, tiene la mirada puesta más allá de la órbita terrestre baja. Ha creado un sistema modular, con un potente conjunto de sensores y un telescopio con una apertura de tan solo siete centímetros. Esto contrasta con los tamaños de apertura de hasta un metro que utiliza la NASA para captar la señal óptica de Artemis II, explica Lavery.

Esto significa que un solo módulo es lo suficientemente pequeño como para llevarlo en una mochila grande. Se pueden conectar varios módulos entre sí para crear un sistema más potente: Azora utilizó dos, conectados como si fueran unos prismáticos, para comunicarse con la misión Artemis. La empresa afirma que esta portabilidad podría resultar útil en situaciones que cambian rápidamente, como los conflictos, en los que es necesario establecer y desplazar con rapidez un enlace por satélite, aunque su sistema también podría tener usos domésticos.

«El objetivo final es convertir las comunicaciones espaciales en algo mucho más parecido a lo que estamos acostumbrados hoy en día en la Tierra», afirma James Schalkwyk, director ejecutivo de Azora. «Esto significa tener acceso casi constante a cualquier dato y a cualquier recurso desde cualquier lugar. Para ello, se necesita una red de cientos de nodos repartidos por todo el mundo, ya que los satélites en órbita terrestre baja (LEO) se desplazan muy rápidamente.

«Las comunicaciones espaciales se han gestionado tradicionalmente mediante unos pocos sistemas grandes, hechos a medida y costosos. Queremos alejarnos de eso y pasar a esta tecnología que puede fabricarse y desplegarse en masa a un precio asequible».

Azora afirma que sus unidades solo necesitan 200 W de potencia, lo que significa que pueden conectarse a la red eléctrica si se encuentran en un entorno urbano, como la azotea de un edificio, o funcionar con una batería en una ubicación más remota. La empresa está recaudando actualmente financiación inicial para perfeccionar su propuesta antes de lanzar las estaciones terrestres al mercado.

Tiempos de pruebas

Las comunicaciones ópticas ya se utilizan ampliamente en otros ámbitos. DCD ha informado ampliamente sobre la creciente gama de productos fotónicos que se comercializan para centros de datos, que prometen ofrecer una red más eficiente en las salas de datos al permitir que la información fluya a través de la luz, en lugar de mediante señales eléctricas.

En el propio espacio, Starlink utiliza redes ópticas para enviar información entre su constelación de satélites.

Sin embargo, se trata de entornos relativamente controlados en comparación con el envío de información a través de la atmósfera, donde los rayos láser se enfrentan al mayor enemigo de la comunicación óptica: las condiciones meteorológicas.

«El viento y la niebla son los principales factores que interfieren en las señales ópticas», explica el profesor Lavery. «La lluvia también puede afectarlas, pero es probable que esto solo provoque alguna pérdida estática en lugar de una interrupción total de la conexión». La turbulencia causada por el viento supone un problema especial, ya que provoca pequeños movimientos en el rayo láser, lo que impide que este se conecte con el receptor en tierra. «Para las comunicaciones de alta velocidad, normalmente se conecta a un pequeño detector o a una fibra monomodo», afirma el profesor Lavery. «Si el rayo se mueve de un lado a otro con el viento, no necesariamente llega a ese receptor».

Los científicos, y empresas como Azora, están trabajando en formas de sortear este problema, pero sus esfuerzos se han visto obstaculizados por el hecho de que el tiempo cambia como, bueno, el tiempo. «Si estás en el Reino Unido desarrollando un sistema, estás limitado por el tiempo del Reino Unido», afirma el profesor Lavery. «No tienes ni idea de lo que va a pasar si lo llevas a Arabia Saudí».

Para resolver este problema, la Universidad de Suffolk, financiada con una subvención de 6,2 millones de libras esterlinas (8,3 millones de dólares) de la Agencia Espacial del Reino Unido (UKSA), ha creado un laboratorio de Investigación en Óptica Cuántica (QOD). Con sede en el centro de investigación Adastral Park de BT, a las afueras de la ciudad de Ipswich, tanto Azora (que también cuenta con el respaldo de la UKSA) como Honeywell lo utilizan para probar sus estaciones terrestres y proporcionar un enlace cuántico seguro vía satélite entre Suffolk y la Universidad Heriot-Watt de Glasgow.

El profesor Darryl Newport, responsable del proyecto y director del Instituto de Sostenibilidad de Suffolk de la Universidad de Suffolk, afirmó: «El laboratorio QOD representa una oportunidad significativa para que Suffolk y el este de Inglaterra desempeñen un papel fundamental en las futuras pruebas, la investigación y el desarrollo de las comunicaciones ópticas, una tecnología que tendrá un papel cada vez más importante en la transferencia segura de datos e información».

En el interior del laboratorio, los investigadores tienen acceso a dos largos túneles por los que se pueden emitir rayos láser. Una serie de calentadores y enfriadores controlan el aire que se impulsa hacia el túnel, de modo que se pueda supervisar su impacto. «Podemos generar turbulencias específicas en cualquiera de los puntos de contacto del interior», explica el profesor Lavery. «Eso significa que podemos modificar la configuración para simular las turbulencias entre la Tierra y el espacio, u otras condiciones, como cuando un rayo incide sobre el asfalto caliente».

Es de suponer que esto último resultará útil la próxima vez que Azora decida hacer una visita al aparcamiento de la NASA.