Las 10 mejores ideas para la comunicación interplanetaria

Aquí en la Tierra, nos hemos acostumbrado a sacar un teléfono inteligente y poder hablar, enviar mensajes de texto o enviar y recibir fotografías y videos desde prácticamente cualquier lugar de la superficie del planeta. Además, dependemos cada vez más de aprovechar la enorme y creciente cantidad de información en Internet para guiarnos, ya sea que estemos tratando de hacer una investigación científica o de encontrar la ruta más rápida para una cita.

Pero el tipo de acceso instantáneo y ancho de banda al que estamos acostumbrados aún no existe en el espacio. Las enormes distancias del espacio, por un lado, crean grandes tiempos de retraso para las comunicaciones electrónicas, y las señales tienen que llegar desde la superficie de otro planeta de regreso a la Tierra a través de un guantelete de radiación espacial que degrada su claridad. Para hacerlo aún más difícil, los propios planetas están continuamente en movimiento y pueden llegar a posiciones en las que su masa, o la del sol, puede bloquear una señal .

Si imaginas que eres un astronauta que ha sido enviado para establecer una colonia en Marte, cuya distancia de la Tierra varía entre 56 y 226 millones de kilómetros (35 y 140 millones de millas), esos obstáculos para la comunicación podrían ser un problema abrumador [fuente : Space.com ]. Si intenta hablar o enviar un mensaje de texto al control de la misión en la Tierra utilizando la tecnología actual, hay un retraso de entre tres y 21 minutos. Eso podría dificultar bastante la conversación. E imagina que ves algo realmente increíble y quieres mostrárselo. Es posible que pueda transmitir laboriosamente una foto fija, pero olvídese de transmitir una imagen de video en vivo desde la superficie marciana; La NASA admite que eso no es posible con el nivel de artilugios que tenemos ahora [fuente: NASA]. E incluso con una actualización reciente, los rovers robóticos en Marte solo han podido lograr una tasa de transmisión de datos de solo alrededor de 256 kilobits por segundo [fuente: Bridges ]. Eso sería rápido en la Tierra, es decir, a mediados de la década de 1990. Tierra , cuando la gente todavía usaba conexiones de acceso telefónico. Ejecutar aplicaciones en la nube o leer detenidamente los mapas de alta resolución de Google de Marte en busca de direcciones estaría prácticamente fuera de discusión.

Las dificultades se magnificarían alucinantemente si te aventuraras más allá de Plutón y te atrevieras a intentar llegar a un planeta similar a la Tierra en un sistema solar vecino. Es por eso que los científicos se han devanado los sesos durante décadas, tratando de encontrar formas de acercarse y tocar a alguien, como solían decir los viejos anuncios de las compañías telefónicas, a través de la sobrecogedora extensión del cosmos. Aquí hay 10 de las ideas que se les han ocurrido a lo largo de los años.

1. Crear una Red Interplanetaria de Satélites de Comunicaciones
2. Cambio de señales de radio a láseres
3. Conexión de sondas y rovers en una red de comunicaciones interplanetarias
4. Una Internet que funciona en el espacio
5. Construcción de satélites y estaciones repetidoras para otros planetas
6. Deje un rastro de migas de pan de relevos
7. Configure una matriz de antenas gigantes para recibir mensajes
8. Utilice el sol como amplificador de señal
9. Oídos electrónicos súper sensibles para señales extremadamente débiles del espacio
10. Neutrinófonos más rápidos que la luz

La idea de construir una red de satélites que abarque casi la totalidad de los 6.000 millones de kilómetros (3.700 millones de millas) de longitud del sistema solar desde Mercurio hasta Plutón suena un poco alucinante. Pero, en 1945, cuando el científico y escritor de ciencia ficción británico Arthur C. Clarke escribió un artículo en una revista en el que imaginaba una red global de comunicaciones de satélites orbitales , eso probablemente también parecía bastante extravagante. Sin embargo, hoy en día, tenemos satélites por todas partes, lo que hace posible hacer una llamada telefónica o enviar un mensaje de texto o correo electrónico prácticamente en cualquier parte del planeta [fuente : USAF Air University ]. Y, de hecho, los visionarios soñaban con una versión interplanetaria de la red de comunicaciones global de Clarke incluso antes de que los primeros satélites de telecomunicaciones de la Tierra se pusieran en órbita.

En 1959, los científicos espaciales George E. Mueller y John E. Taber dieron una presentación en una convención de electrónica en San Francisco, titulada "Un sistema de comunicación interplanetario", que describía cómo configurar transmisiones digitales de larga distancia en el espacio, a través de radio. olas [fuente: Mueller y Taber ]. Cuarenta años más tarde, dos científicos, Stevan Davidovich y Joel Whittington, esbozaron un elaborado sistema en el que tres satélites se colocarían en órbita polar alrededor del sol y otros en órbitas polares o geosincrónicas alrededor de varios planetas.

Luego, los satélites se vincularían a una red que podría captar mensajes de radio de naves espaciales tripuladas o sondas robóticas, y luego transmitirlos hacia arriba o hacia abajo desde un planeta u otro hasta que lleguen a la Tierra [fuente: Davidovich y Whittington ]. Sin embargo, hasta ahora no ha habido ningún movimiento para construir un sistema de este tipo, tal vez debido al costo de poner múltiples satélites en órbita alrededor de cuerpos celestes distantes que probablemente sea enorme.

Como mencionamos en la introducción, las transmisiones de datos en el espacio actualmente están atascadas a velocidades que son mucho más lentas que la Internet de banda ancha que estamos acostumbrados a tener en la Tierra. La razón, sin entrar en toda la matemática sofisticada, es que debido a las frecuencias relativas en las que operan las ondas de radio, están limitadas en cuanto a la cantidad de datos que pueden manejar. (Es posible que haya notado este efecto si tiene un enrutador de Internet inalámbrico en su hogar u oficina; simplemente no es tan rápido ni confiable como una conexión por cable).

Por el contrario, la energía concentrada de una luz láser, que tiene una frecuencia más corta, puede manejar muchos más datos. Además, debido a que los láseres no se propagan tanto como las transmisiones de radio, requieren menos energía para transmitir datos [fuente: Ruag.com ]. Es por eso que la NASA está trabajando en el Proyecto de Comunicaciones Ópticas del Espacio Profundo, que cambiaría a utilizar láseres en lugar de transmisores y receptores de radio. Eso aumentaría la cantidad de datos que se transmiten de 10 a 100 veces más de lo que pueden hacer las plataformas de radio de última generación, lo que haría que Internet interplanetario sea aproximadamente tan rápido como una conexión de banda ancha típica en la Tierra [fuente: NASA]. Pero hacer que la comunicación láser funcione en el espacio no es pan comido. La NASA ha realizado demostraciones de transmisión de datos láser a pequeña escala y baja velocidad de datos en el espacio, y está trabajando para desarrollar un sistema de comunicación láser que eventualmente se probará en un satélite en órbita lunar [fuente: NASA ]. Eventualmente, la transmisión de datos por láser podría hacer posible enviar videos en vivo de alta definición desde Marte [fuente: Klotz ].

Anteriormente, mencionamos la idea de construir una enorme red de satélites de comunicaciones dedicados que se extendieran por todo el sistema solar, lo que sería una gran empresa. Pero podría haber una forma más pequeña, menos costosa y más incremental de armar una red de este tipo. Hasta este momento, cada vez que enviamos naves espaciales y satélites al espacio, generalmente se comunican directamente con estaciones terrestres y utilizan software y equipos que han sido especialmente diseñados para esa misión en particular (y que a menudo se descartan después).

Pero, ¿qué pasaría si los científicos e ingenieros equiparan todas las naves u objetos que se lanzaron al espacio, desde estaciones espaciales , telescopios orbitales, sondas en órbita alrededor de Marte u otros planetas, e incluso rovers robóticos que exploraron paisajes extraterrestres, para que todos pudieran comunicarse? entre sí y servir como nodos de una red interplanetaria en expansión? Si está buscando una metáfora en la Tierra, imagine cómo su computadora portátil, tableta, teléfono inteligente , consola de juegos, cámara web y centro de entretenimiento en el hogar podrían conectarse a su enrutador de Internet inalámbrico y compartir contenido entre sí.

Además de transmitir información, idealmente, una red interplanetaria de este tipo podría vincularse a Internet en la Tierra, de modo que los científicos pudieran conectarse con satélites orbitales o rovers y verificar lo que están viendo, de la misma manera que podría ir al sitio web de la NASA ahora. .

"La red que pronto construirá la NASA muy bien podría ser aquella en la que los científicos resuelvan sorprendentes detalles de la geología marciana, las condiciones oceánicas bajo el hielo de la frígida luna Europa de Júpiter o la turbulenta capa de nubes de Venus", un artículo de 2005 en el publicación de ingeniería IEEE Spectrum explicó. "Bien puede ser la forma en que un explorador espacial nostálgico envía un correo electrónico a casa" [fuente: Jackson ].

Ya mencionamos la idea de conectar naves espaciales y sondas en una vasta red a través del espacio, para que los científicos pudieran conectarse a ellas de la misma manera que lo hacen con un sitio web en Internet. Pero como señalan algunos críticos, este enfoque podría no ser el mejor porque el diseño básico de Internet no funcionaría muy bien en el espacio. El protocolo de Internet que usamos en la Tierra se basa en dividir todo lo que transmitimos, ya sea que se trate de texto, voz o transmisión de video , en pequeños fragmentos de datos, que luego se vuelven a ensamblar en el otro extremo para que otra persona pueda mirar. en o escucharlo. Esa es una forma bastante buena de hacer las cosas, siempre y cuando toda esa información se mueva a alta velocidad con pocas demoras o paquetes de datos perdidos, lo cual no es tan difícil de hacer en la Tierra.

Una vez que ingresa al espacio, donde las distancias son enormes, los objetos celestes a veces se interponen en el camino y hay mucha radiación electromagnética por todas partes que interfiere con la señal, los retrasos y las interrupciones en el flujo de datos son inevitables. Es por eso que algunos científicos están trabajando para desarrollar una versión modificada de Internet, que utiliza un nuevo tipo de protocolo llamado red tolerante a las interrupciones (DTN). A diferencia del protocolo utilizado en la Tierra, DTN no asume que existirá una conexión continua de extremo a extremo y se aferra a los paquetes de datos que no puede enviar de inmediato, hasta que se restablece la conexión. Para explicar cómo funciona eso, la NASA usa una pelota de baloncesto .analogía, en la que un jugador simplemente sostiene la pelota con paciencia hasta que otro jugador está abierto debajo de la canasta, en lugar de entrar en pánico y lanzar un tiro descontrolado o tirar la pelota lejos. En 2008, la NASA realizó su primera prueba de DTN, usándolo para transmitir docenas de imágenes desde una nave espacial ubicada a unos 32,187 millones de kilómetros (20 millones de millas) de la Tierra [fuente: NASA ].

Uno de los grandes desafíos de comunicarse con una base en Marte es que Marte está en movimiento. A veces, una base puede alejarse de la Tierra, y de vez en cuando, aproximadamente una vez cada 780 días terrestres, Marte y la Tierra tienen el sol directamente entre ellos. Esa alineación, llamada conjunción , podría degradar e incluso bloquear la comunicación durante semanas, lo que sería una perspectiva bastante solitaria y aterradora si fueras un astronauta o un colono marciano. Afortunadamente, los investigadores europeos y británicos pueden haber encontrado una solución a este enorme dilema.

Los satélites normalmente orbitan planetas en órbitas keplerianas., llamado así por el astrónomo del siglo XVII Johannes Kepler, quien escribió las ecuaciones matemáticas que describen cómo se mueven los satélites. Pero los investigadores europeos y británicos propusieron poner un par de satélites de comunicaciones alrededor de Marte en algo llamado órbita no kepleriana, lo que básicamente significa que en lugar de moverse en una trayectoria circular o elíptica alrededor de Marte, estarían a un lado. poco, para que el planeta no estuviera en el centro. Sin embargo, para permanecer en esa posición, los satélites tendrían que contrarrestar los efectos de la gravedad, que los atraería hacia Marte. Para mantenerlos en su lugar, los científicos han propuesto equiparlos con motores de propulsión de iones eléctricos, impulsados ​​por electricidad generada por energía solar y utilizando pequeñas cantidades de gas xenón como propulsor.Phys.org ].

La comunicación interplanetaria, por supuesto, no se trata necesariamente solo de nuestro propio sistema solar. Desde que los astrónomos descubrieron el primer planeta que orbita una estrella similar al sol en 1995, los científicos han descubierto decenas de otros exoplanetas , como se llaman los mundos fuera de nuestro sistema solar [fuente: NASA ]. En octubre de 2012, incluso descubrieron un planeta del tamaño aproximado de la Tierra que orbita alrededor de la estrella Alpha Centrauri B, que se encuentra en el sistema de estrellas vecino más cercano , a unos 2,35 billones de millas (3,78 billones de kilómetros) de distancia [fuente: Betts ].

Esa es una distancia abrumadoramente enorme, sin duda. Pero aun así, algunos científicos espaciales prevén lanzar algún día una nave estelar gigante que esencialmente sería una versión en miniatura de la Tierra en movimiento y autónoma, capaz de sustentar a sucesivas generaciones de astronautas que se aventurarían a través del espacio interestelar en un esfuerzo por llegar a otros planetas habitables y posiblemente incluso hacer contacto con civilizaciones extraterrestres.

Project Icarus, a recent effort by space scientists and futurists to come up with a blueprint for such a mission, pondered the problem of how such a ship would continue to communicate with Earth as it got further and further into the unknown. They came up with one intriguing solution: Along the way, the massive ship would periodically jettison empty fuel canisters equipped with signal relay equipment, forming a chain that would pass back messages from the spacecraft to Earth. "The idea is that with a chain of relays between Icarus and Earth, each 'hop' of the signal is a much shorter distance than the whole distance of several light years," Pat Galea, a British engineer who participated in the design project, wrote in 2012. "So we could, potentially, reduce the transmitter power requirement, or the antenna size on Icarus, or alternatively, increase the data rate that can be sent over the link" [source: Galea].

The scientists and futurists working on Project Icarus -- a speculative attempt to design a starship capable of reaching the nearest neighboring star system, about 2.35 trillion miles (3.78 trillion kilometers) away -- spent a lot of time thinking about how such a ship might stay in contact with the Earth as it journeyed across the enormity of interstellar space. In the previous item on this list, we mentioned the concept of a bread-crumb-like trail of communications links that the starship would leave in its wake. But back on Earth, those monitoring the mission would still face the challenge of trying to pick up signals from the starship and filter out the ambient electromagnetic noise of space -- a task made even more difficult by the Earth's atmosphere, which would weaken the signals.

Para maximizar la capacidad de hacer eso, los planificadores del Proyecto Ícaro han sugerido construir varias estaciones receptoras del sistema solar, que serían enormes conjuntos de antenas que se extenderían por muchas millas en diferentes lugares de la Tierra. Las antenas en tal conjunto trabajarían en sinergia para detectar y capturar las débiles señales que contienen mensajes de naves estelares. (Piense en esta analogía: si un jugador de béisbol conecta un jonrón hacia las gradas en un estadio de béisbol, es más probable que un fanático atrape la pelota si las gradas están llenas de gente). Debido a que la Tierra gira, las antenas en un SSRS en particular solo estarían apuntando a la nave estelar distante durante una pequeña fracción de cada día, y el clima en ese lugar de la Tierra podría dificultar la recepción. Por esa razón, podría ser conveniente construir varios conjuntos de antenas en diferentes lugares de la Tierra, para garantizar que podamos permanecer en una comunicación casi continua [fuente: Galea ].

Aquí hay otra idea tramada por los investigadores del Proyecto Ícaro. De acuerdo con las teorías de la relatividad de Einstein , las fuerzas gravitatorias de los objetos extremadamente masivos pueden desviar la luz que pasa cerca de ellos y concentrarla, como lo hace una lupa de mano. Eso le dio al grupo de expertos Project Icarus la idea de usar ese efecto para enfocar y aumentar las transmisiones desde una nave espacial distante. Es cierto que la forma en que lo harían es un poco difícil de entender para un no físico: una nave espacial capaz de recibir transmisiones de comunicaciones se colocaría en el espacio interestelar en dirección opuesta a la dirección en la que se dirige la nave estelar, a unos 51 000 millones de millas (82 000 millones kilómetros) lejos del sol. Eso es muy, muy lejos, unas 18 veces la distancia entre Plutón y el Sol, de hecho, pero supongamos que una civilización de la Tierra capaz de enviar una nave estelar a billones de millas de la Tierra pueda hacerlo. La nave de comunicaciones luego usaría el sol como una lente para ampliar las señales que recibe de la nave estelar distante, y luego las transmitiría a la Tierra a través de algún otro sistema, como una red de satélites con enlaces láser.

"La ganancia potencial de hacer esto es inmensa", explicó el ingeniero Pat Galea a Discovery News en 2012. "La potencia del transmisor en Icarus podría reducirse a niveles mucho más bajos sin afectar la tasa de datos disponible, o si la potencia se mantiene igual , podríamos estar recibiendo muchos más datos de los que proporcionaría un enlace directo". Sin embargo, por ingenioso que parezca, el esquema también tiene algunas complicaciones del tamaño de Júpiter. Sería necesario, por ejemplo, mantener la nave espacial receptora, la que recibe las señales de la nave estelar, casi perfectamente alineada en todo momento, y mantenerla así podría resultar muy, muy difícil [fuente: Galea , Obousy et al ].

Para cuando las transmisiones de una nave espacial distante llegan a la Tierra, se han degradado, hasta el punto en que una señal puede contener menos energía que un fotón [fuente: Rambo ]. Y eso es muy, muy débil. Recuerde que los fotones, las diminutas partículas sin masa que son la unidad de energía más pequeña, son increíblemente diminutas; un teléfono celular típico emite 10 a la 24 potencia de fotones cada segundo [fuente: Universidad de Illinois ]. Seleccionar esa señal alucinantemente débil de la incontenible cacofonía del espacio y darle sentido puede ser tan difícil como, por ejemplo, encontrar un mensaje flotando en una botella en algún lugar de los océanos de la Tierra. Pero los investigadores han encontrado una solución intrigante, según la NASA .el sitio web del Programa de Tecnología Espacial de Space Technology, que respalda ese tipo de resolución de problemas.

En lugar de enviar una sola señal o pulso de energía, una nave espacial que intenta comunicarse con la Tierra enviaría muchas copias de esa señal, todas a la vez. Cuando las señales debilitadas llegaran a la Tierra, el control de la misión usaría un dispositivo llamado receptor óptico estructurado, o receptor Guha (en honor al científico Saikat Guha, quien inventó el concepto), para esencialmente volver a ensamblar los pequeños y débiles fragmentos supervivientes de todo esas señales duplicadas, y juntarlas para reconstruir el mensaje [fuentes: Rambo , Guha]. Imagínelo de esta manera: tome un mensaje escrito en una hoja de papel y luego imprima mil copias de él, páselas todas por una trituradora y luego mezcle las pequeñas piezas que resulten. Incluso si tiras la mayoría de esos pedacitos a la basura, los que quedan bien podrían darte suficiente información para reconstruir el mensaje en el papel.

No importa cuántos artilugios alucinantemente complicados desarrollemos para unir señales de comunicación débiles que luchan por llegar a nosotros desde el espacio profundo, aún enfrentamos otro problema aún más desafiante. Dentro de nuestro sistema solar, las distancias son tan grandes que la comunicación fácil e instantánea de ida y vuelta del tipo al que estamos acostumbrados en la Tierra (una conversación de video al estilo de Skype , por ejemplo) no es realmente factible. al menos con la tecnología actual. Y si vamos a viajar a planetas fuera de nuestro sistema solar, se volvería prácticamente imposible. Si una nave estelar llegara a nuestro vecino interestelar más cercano, el sistema estelar Alfa Centauri, a billones de millas de distancia, cada lado de una transmisión de voz, video o texto tardaría 4,2 años en cruzar esa distancia alucinantemente larga. Es por eso que los visionarios han estado intrigados durante mucho tiempo con la idea de transmitir mensajes a través de haces de partículas subatómicas que viajarían más rápido que la luz.

Wow, eso suena como una solución fácil, ¿no? Pero adivina de nuevo. Para que ese esquema funcione, aparentemente tendríamos que hacer un gran agujero en la teoría de la relatividad especial de Einstein , que prohíbe que cualquier cosa se mueva más rápido que la velocidad de la luz . Por otro lado, tal vez no. En 2012, dos matemáticos publicaron un artículo en una revista científica británica, afirmando que hay una manera de procesar los cálculos de Einstein y demostrar que las velocidades más rápidas que la luz son posibles [fuente: Moskowitz ]. Pero si esos disidentes resultan tener razón, todavía tendríamos que encontrar alguna prueba de que las partículas pueden moverse más rápido que la velocidad de la luz, y hasta ahora no lo hemos hecho.

Hubo un experimento muy publicitado en 2011, en el que los investigadores del acelerador de partículas del CERN en Europa supuestamente registraron partículas llamadas neutrinos moviéndose un poco más rápido que el límite de velocidad de Einstein. Pero resultó que una falla en el cable de fibra óptica en el equipo de los investigadores aparentemente causó una lectura falsa (no estaba enchufado por completo) [fuente: Boyle ]. Eso puso en duda las perspectivas de un neutrinofono cósmico, al menos por el momento.

Nota del autor: 10 mejores ideas para la comunicación interplanetaria

La noción de, digamos, enviar video en vivo desde Marte a la Tierra puede no parecer tan descabellada para un miembro de la generación del milenio, que creció en una época en la que tenía una conversación por teléfono celular con alguien al otro lado del mundo. planeta no es gran cosa. Pero sigue siendo bastante alucinante para mí, tal vez porque tengo la edad suficiente para recordar lo difícil y costoso que era hacer una llamada telefónica analógica de larga distancia desde la costa este hasta California. Tuve un pequeño susto hace unos años, cuando me puse en contacto con una fuente para un artículo por correo electrónico y recibí una llamada de él, a través de Skype, desde Afganistán, donde había viajado para un proyecto empresarial. Desde entonces, me he acostumbrado un poco más a nuestra conectividad cada vez mayor; el otro día, De hecho, pasé media hora intercambiando una serie de correos electrónicos de ida y vuelta con un viejo colega que ahora vive en Francia, solo para ser interrumpido por un mensaje instantáneo de otro amigo en el norte de Inglaterra. Así que espero con ansias el día inevitable en el que estaré intercambiando ocurrencias y quejándome del clima con alguien que está en órbita sobre mí.

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