Los satélites de órbita baja pronto podrán brindar a millones de personas en todo el mundo acceso a comunicaciones de alta velocidad, pero el potencial de los satélites se ve obstaculizado por una limitación tecnológica: sus conjuntos de antenas sólo pueden manejar a un usuario a la vez.
La relación uno a uno significa que las empresas necesitan lanzar constelaciones de muchos satélites o grandes satélites individuales con muchos conjuntos para proporcionar una amplia cobertura. Ambas opciones son caras, técnicamente complejas y pueden dar lugar a órbitas excesivas.
Por ejemplo, SpaceX tomó la ruta de las “constelaciones”. Su red, Starlink, consta actualmente de más de 6.000 satélites en órbita terrestre baja, más de la mitad de los cuales han sido lanzados en los últimos años. SpaceX pretende lanzar varios miles más en los próximos años.
Ahora, investigadores de Princeton Engineering y la Universidad Yang Ming Chiao Tung en Taiwán han desarrollado una técnica que permite que las antenas de satélite de órbita baja manejen señales para múltiples usuarios a la vez, reduciendo en gran medida el hardware requerido.
En un artículo publicado el 27 de junio Transacciones IEEE sobre procesamiento de señalesLos investigadores describen una manera de superar el límite de un solo usuario. La técnica crea una técnica simple para fortalecer las comunicaciones mediante la colocación de conjuntos de antenas para dirigir un haz de ondas de radio precisamente donde se necesita. Cada haz transporta información en forma de señal, como un mensaje de texto o una llamada telefónica. Mientras que los conjuntos de antenas en plataformas terrestres, como torres de telefonía celular, pueden manejar muchas señales por haz, los satélites de órbita baja solo pueden manejar una.
Las velocidades de 20.000 mph de los satélites y sus posiciones en constante cambio hacen que sea casi imposible manejar múltiples señales sin fluctuaciones.
“Para que una torre de telefonía celular se comunique con un automóvil que va a 60 millas por hora en la carretera, en comparación con la velocidad a la que se intercambian los datos, el automóvil no se mueve mucho”, dijo el coautor H. Vincent Poore, profesor Michael Henry Princeton de ingeniería eléctrica e informática en la Universidad Strater. “Pero estos satélites se mueven demasiado rápido para permanecer allí, por lo que la información sobre ellos está cambiando rápidamente”.
Para abordar esa limitación, los investigadores desarrollaron un sistema para dividir de manera eficiente las transmisiones de un único conjunto de antenas en múltiples haces sin necesidad de hardware adicional. Esto permite que los satélites superen el límite de un único usuario por conjunto de antenas.
El coautor Shang-Ho (Lawrence) Tsai, profesor de ingeniería eléctrica en la Universidad Yang Ming Chiao Tung, comparó el método de iluminar dos rayos distintos con una linterna sin depender de varias bombillas. “Ahora sólo necesitamos una bombilla”, dijo. “Esto significa una enorme reducción de costes y consumo de energía”.
Una red con menos antenas puede tener menos satélites, satélites pequeños o ambos. “Una red tradicional de satélites en órbita terrestre baja podría requerir de 70 a 80 satélites para cubrir sólo los Estados Unidos”, dijo Tsai. “Ahora, ese número podría reducirse a 16”.
Según Poor, la nueva técnica podría incorporarse a los satélites existentes que ya se han construido. “Pero una ventaja clave es que se puede diseñar un satélite sencillo”, afirmó.
Impacto en el espacio
Los satélites de órbita baja residen en las capas inferiores de la atmósfera de la Tierra, entre 100 y 1200 millas sobre la superficie. Space ofrece bienes raíces limitados en esta región. Cuantos más objetos vuelan, más probabilidades hay de que se estrellen, rompiéndose y dejando pequeños trozos de escombros que luego pueden chocar contra otros objetos.
“La preocupación no es tanto la caída de los satélites”, dijo Poore, “sino el futuro a largo plazo de la atmósfera y los desechos espaciales que nublan la órbita”.
A medida que la industria de los satélites de órbita baja gana terreno rápidamente, con empresas como Amazon y OneWeb desplegando sus propias constelaciones de satélites para proporcionar servicios de Internet, la nueva estrategia tiene el potencial de reducir el riesgo de estos peligros.
Poor dice que si bien este artículo es puramente teórico, los avances en habilidades son reales. “Este trabajo es todo matemáticas”, dijo. “Pero especialmente en este caso, el trabajo teórico tiende a ser muy predictivo”.
Desde la publicación del artículo, Tsai ha realizado pruebas de campo utilizando antenas subterráneas y ha demostrado que las matemáticas realmente funcionan. “El siguiente paso es implementarlo en un satélite real y lanzarlo al espacio”, afirmó.