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Viva da lua! Como os lasers nos conectaram aos astronautas da Artemis 2 da NASA em sua épica viagem lunar
O mundo acompanhou as façanhas da missão lunar Artemis 2 da NASA quase em tempo real, graças a uma ligação laser de alta tecnologia entre os astronautas e a Terra que permitiu streaming de vídeo e imagens em alta definição.
A transmissão óptica de dados, neste caso por luz infravermelha, é conhecida como ‘lasercom’ e estava no centro do que fez Ártemis 2 tanto sucesso aos olhos do público. Graças às imagens de alta resolução disponibilizadas diariamente, parecia que estávamos todos viajando com o comandante do Artemis 2, Reid Wiseman, o piloto Victor Glover e os especialistas da missão Christina Koch e Jeremy Hansen em cada etapa de sua viagem ao redor da lua.
Isto foi possível graças a um dispositivo chamado Órion Artemis 2Optical Communications System (O2O), desenvolvido por pesquisadores do Lincoln Laboratory do MIT. Um laser infravermelho, transmitiu dados para Terra em taxas de bits de até 260 megabytes por segundo – mais rápido do que alguma Internet de banda larga doméstica. Sinais infravermelhos, em vez de rádio, foram escolhidos por vários motivos. Por um lado, a luz infravermelha próxima pode passar através de nuvens finas, de modo que um céu obscurecido não impediria a comunicação. E em segundo lugar, a luz óptica opera a uma frequência mais elevada do que o rádio, permitindo que mais dados sejam armazenados.
“Nosso objetivo era demonstrar a utilidade operacional do O2O para voos espaciais tripulados, estendendo as conexões de alta largura de banda que os usuários da Internet desfrutam na Terra para astronautas no espaço profundo”, disse Farzana Khatri, que é engenheira-chefe de sistemas no Grupo de Comunicações Ópticas e Quânticas do Laboratório Lincoln, em um declaração. “Nós não apenas demonstramos o primeiro uso de um lasercom em uma missão tripulada além da órbita baixa da Terra, mas também atraímos um enorme envolvimento público à medida que os astronautas compartilhavam multimídia de sua jornada quase em tempo real”.
As imagens foram muito importantes na missão Artemis 2. As fotos fantásticas como “Olá, mundo” e “Earthset” não aconteceram por acidente. A tripulação foi treinada no Centro Espacial Johnson da NASA em Houston para observar e fotografar a Lua e a Terra, e o sistema O2O garantiu que suas melhores imagens pudessem ser transmitidas de volta à Terra e espalhadas por sites de notícias e mídias sociais poucas horas depois de serem tiradas.
O sistema O2O tem sua origem em um projeto semelhante desenvolvido pela equipe do Laboratório Lincoln denominado Terminal Óptico Modular, Ágil e Escalável (MAScOT). Voou para o Estação Espacial Internacional (ISS) e foi testado pela primeira vez em 2023, na sequência de testes anteriores de lasercom, como o instrumento Optical Payload for Lasercom Science (OPALS) da NASA que transmitiu um vídeo de 165 megabits da ISS em 2014.
O2O é uma evolução do MAScOT. É composto por três módulos. Um deles é um módulo óptico com um telescópio de 4 polegadas que focaliza o laser e os gimbals para ajudar a apontá-lo. Um segundo módulo continha um modem que convertia dados eletrônicos em dados ópticos. Finalmente, o terceiro módulo consistia em um controlador que fazia interface com a espaçonave para ajudar a apontar o telescópio.
O laser teve como alvo uma das três estações terrestres, principalmente a White Sands Test Facility da NASA no Novo México e a Table Mountain Facility do Laboratório de Propulsão a Jato na Califórnia, com uma terceira estação terrestre experimental no Observatório Mount Stromlo da Universidade Nacional Australiana.
Inicialmente, a intenção era ter uma janela operacional de 1 hora por dia, mas como o O2O provou ser tão bem-sucedido na transmissão eficiente de dados, seu uso aumentou à medida que a missão avançava. A missão da NASA conseguiu até decidir ajustar a atitude da cápsula Artemis 2 Orion (sua orientação no espaço) às vezes, a fim de estender o período em que ela estava na linha de visão de uma estação terrestre, permitindo que ainda mais dados fossem transmitidos. No total, a O2O transmitiu meio terabyte de dados ao longo dos 10 dias de voo.
“O2O foi capaz de fazer o downlink de todos os dados armazenados em múltiplas câmeras a bordo, permitindo que o controle da missão apagasse os cartões de memória e os recarregasse com novas fotos e vídeos”, disse Khatri, que também enfatizou como o downlink dos dados via O2O realmente protegeu esses dados. “Para qualquer missão espacial, os cientistas e engenheiros de naves espaciais estão preocupados com o facto de os dados não enviados durante a missão poderem ser corrompidos ou destruídos. E, quando a cápsula da nave espacial regressar, o download dos dados pode por vezes levar meses. A capacidade de comunicação laser fornecida pela O2O garantiu que os dados fossem preservados e imediatamente disponibilizados para análise.”
Na Terra, já usamos lasers para transmitir dados através de fibras ópticas e, durante décadas, os lasers foram considerados o futuro das comunicações espaciais. O rádio, embora mais simples, tem uma taxa de dados mais lenta graças à sua baixa frequência, limitando sua largura de banda – é por isso que até mesmo a busca por inteligência extraterrestre (SETI) está agora em busca de sinais ópticos e também de rádio. Os lasers podem transmitir de 10 a 100 vezes mais dados por segundo do que as ondas de rádio, e Khatri avalia que o O2O pode até melhorar isso e aumentar a taxa de downlink em pelo menos outro fator de 10 em relação ao que era possível durante o Artemis 2.
Esta taxa de dados aprimorada permitirá que o mundo acompanhe ainda mais de perto as futuras missões Artemis, e quando um humano finalmente colocar os pés na Lua pela primeira vez desde o Apolo era, graças ao O2O sentiremos que estamos ali com eles.
