La Agencia Espacial Europea utiliza instrumentos Yokogawa para conseguir una sintonización precisa de láseres para satélites

La Agencia Espacial Europea (ESA) utiliza la precisión de los medidores ópticos de longitud de onda de Yokogawa para garantizar la sintonización exacta de los láseres utilizados en las comunicaciones entre la Tierra y el espacio.

ESA opera una red de satélites geoestacionarios conocida como Sistema Europeo de Retransmisión de Datos (EDRS). Estos satélites se comunican con una constelación de satélites europeos de órbita terrestre baja (LEO) llamados Sentinels, utilizados para aplicaciones de vigilancia de la Tierra.

Los satélites EDRS utilizan la comunicación por radio para subir las imágenes y otros datos de los satélites LEO a los servidores terrestres.

El reto es que la creciente cantidad de información procedente de los satélites LEO y geoestacionarios, así como de las constelaciones de satélites, supondrá que el ancho de banda disponible de los enlaces de comunicación por radio pronto será demasiado bajo para satisfacer las necesidades de transferencia de datos de la ESA.

La comunicación óptica, basada en el láser, es la respuesta obvia, una técnica que ya se utiliza para transferir datos entre los satélites LEO y la red EDRS. Las comunicaciones ópticas son una tecnología probada en la Tierra y constituyen la columna vertebral de Internet.

Sin embargo, las comunicaciones ópticas en el espacio abierto entre la Tierra y un satélite requieren una tecnología láser especial.

Esto se debe a que las señales ópticas transmitidas entre la Tierra y el espacio están sujetas a interferencias de diversas fuentes, como las nubes u otros fenómenos meteorológicos.Además, las señales ópticas en el espacio no pueden ser protegidas de las fuentes externas de interferencia óptica por el medio físico por el que viajan, como una fibra óptica en la Tierra.

Los sistemas de comunicación óptica deben alcanzar una relación señal/ruido suficiente para mantener el enlace entre el transmisor y el receptor.

En el EDRS de la ESA, las señales se transmiten a una longitud de onda infrarroja especificada con gran precisión de 1064,625 nm (nanómetros) ±11 pm (picómetros), con una variación casi nula en la longitud de onda máxima. Esto permite al receptor fijar la señal de banda estrecha transmitida y eliminar las señales de interferencia. Con esta tecnología, el satélite EDRS puede funcionar incluso cuando el sol está en su línea de visión.

La ESA está implementando la tecnología de comunicaciones ópticas Tierra-Satélite en su estación óptica terrestre (OGS) de la isla española de Tenerife y en el telescopio Aristarchos de 2,2 m del observatorio de Chelmos, en el Peloponeso (Grecia).

Mantener la longitud de onda exacta del transmisor es una parte fundamental del funcionamiento del sistema Aristarchos, que se consigue mediante una técnica en la que el láser del transmisor es bombeado por un diodo láser de 808 nm para generar una salida precisa de 1064,625 nm ±11 pm. Esta longitud de onda se controla con precisión ajustando la temperatura de funcionamiento del láser transmisor.

La medición de los sistemas de comunicaciones ópticas suele realizarse con un analizador de espectro óptico (OSA), un instrumento muy preciso y fiable que analiza la longitud de onda óptica, entre otros criterios.

Los OSA, como el AQ6370D de Yokogawa, alcanzan una precisión de medición de la longitud de onda de ±10 pm (picómetros) a una longitud de onda de referencia de 1550 nm y de ±100 pm a 1064,625 nm. Aunque se trata de una precisión elevada, no es suficiente para satisfacer las exigencias de la instalación Aristarchos.

Zoran Sodnik es el director de tecnología de comunicaciones ópticas de la dirección de telecomunicaciones y aplicaciones integradas de la ESA. Es responsable del sistema de comunicaciones ópticas instalado con el telescopio Aristarchos. Según Sodnik, «el EDRS funciona a frecuencias que se miden en múltiplos de terahercios y las longitudes de onda del transmisor y del receptor no están separadas más de 28 gigahercios. Esto significa que la frecuencia del láser tiene que ajustarse con una precisión de gigahercios, y luego medirse con el mismo nivel de precisión y exactitud».

En colaboración con Simac Electronics, un proveedor de tecnologías de conectividad y medición con sede en los Países Bajos, la ESA seleccionó un medidor de longitud de onda óptico especializado, el AQ6151B de Yokogawa.

El instrumento utiliza un interferómetro de Michelson, capaz de medir la longitud de onda con gran precisión.  En el AQ6151B, el modelo de alta precisión de la serie AQ6150, la precisión está especificada en ±0,2 ppm. Disponible en tres rangos de longitud de onda, la instalación de Aristarchos utiliza la versión Wide Range, que cubre las longitudes de onda de 900 nm a 1700 nm.

La serie AQ6150 ofrece una alta velocidad, con la capacidad de adquirir, analizar y transferir una medición a un PC en 0,2 segundos. Además de una gran precisión, la serie AQ6150 ofrece la medición simultánea de hasta 1024 longitudes de onda y maneja una potencia de señal de entrada tan baja como -40 dBm.

El AQ6151B también cuenta con funciones de análisis integradas y no requiere programación, lo que facilita su uso.

Sodnik confiaba en que el uso del medidor óptico de longitud de onda de Yokogawa produciría los resultados que la ESA buscaba: La ESA ha utilizado ampliamente los instrumentos de Yokogawa en el pasado y siempre los ha considerado extremadamente precisos y fiables. Esta última instalación en el observatorio de Chelmos requería una precisión extremadamente alta. No dudé en elegir un producto de Yokogawa: ha cumplido plenamente mis expectativas».

Utilizando el AQ6151B, de gran precisión, para sintonizar los láseres, la ESA espera que la transmisión óptica pueda asumir la carga de gestionar el tráfico de gran ancho de banda, sustituyendo a la comunicación por radio como medio principal de envío y recepción de datos desde los satélites.