La refrigeración que aumentará el flujo de datos desde naves espaciales lejanas a la Tierra

Las estaciones terrestres de la Agencia Espacial Europea (ESA) se utilizan para enviar instrucciones a naves espaciales y recibir a través de un «enlace descendente» los datos que las naves recogen.

La demanda de capacidad de los enlaces descendentes de las estaciones es mayor que nunca. En los próximos años, la agencia se está preparando para lanzar nuevas naves espaciales a mayor lejanía en nuestro sistema solar y apoyar las misiones de una cantidad cada vez mayor de agencias espaciales asociadas.

Para aumentar la capacidad de los enlaces descendentes, hay que construir nuevas antenas o mejorar el rendimiento de las existentes. La ESA hace ambas cosas.

Mientras se construye en Australia una nueva y muy necesaria antena de espacio profundo, es importante (y rentable) exprimir al máximo todo el rendimiento posible de las antenas actuales. Una serie de mejoras en la red de estaciones terrestres de la ESA se está encargando precisamente de eso.

Dichas mejoras se harán en las tres antenas de espacio profundo de 35 metros de la ESA y aumentarán el flujo de datos científicos en un 40% al enfriar el alimentador de la antena (el sistema que conecta la antena física con el transmisor y el receptor electrónicos) hasta unos 263 grados centígrados bajo cero, o sea solo 10 grados por encima del cero absoluto (273 bajo cero).

Con este aumento de hasta un 40% en la cantidad de datos que pueden descargarse desde la nave espacial, será posible, por ejemplo, recibir más imágenes de alta definición del Sol desde el Solar Orbiter durante un intervalo de comunicación.

Las futuras actualizaciones en las bandas de frecuencia más altas representarán un aumento del 80 % de los datos que se pueden descargar, lo que supone casi el doble de los datos de espacio profundo que llegan a Darmstadt.

Esta tecnología inteligente también aumentará la sensibilidad de las antenas de espacio profundo de la ESA, ampliando su alcance para apoyar futuras misiones de la ESA que se aventuren hasta Urano y Neptuno.

«Con estas mejoras, la ESA está superando los límites de lo técnicamente posible y permitiendo a los científicos explorar nuevos mundos y recopilar cantidades de datos sin precedentes», afirma Stéphane Halté, ingeniero de la estación terrestre de la ESA encargado del proyecto junto con Filippo Concaro.

«Las mejoras han llegado en el momento justo», afirma Andrea Accomazzo, jefe de misiones del sistema solar y de exploración en el centro de operaciones espaciales de la ESA en Darmstadt. «Nos dan el rendimiento que necesitamos para aliviar la gran demanda de nuestra red de seguimiento y seguir proporcionando el más alto nivel en cuanto al retorno de datos para un número cada vez mayor de científicos».

Una de las antenas usadas por la ESA. (Foto: © ESA / S. Halté)

Los detalles:

La integración del primer nuevo alimentador de antena con refrigeración criogénica se completó en mayo de 2021 en la estación de Cebreros de la ESA, en España.

La mejora de Cebreros aumenta la velocidad de procesamiento de datos en las frecuencias de la banda X hasta en un 40 %.

La estación de la ESA en Malargüe recibirá en 2022 la misma mejora del alimentador de banda X junto con un nuevo alimentador criogénico de «banda Ka», con el que se espera un aumento de la velocidad de datos de hasta el 80 %. Esto beneficiará en gran medida a las misiones actuales, como BepiColombo, y a las futuras, como Juice. La antena de New Norcia recibirá la mejora más adelante.

La refrigeración de la electrónica del alimentador minimiza los efectos del «ruido térmico», lo que permite recibir señales más débiles. Por debajo de 10 K, las impurezas de los metales utilizados en la electrónica empiezan a limitar los beneficios de un mayor enfriamiento.

La empresa francesa Callisto Space, que recibió financiación de la ESA durante los cinco años de desarrollo de la tecnología, se encarga de fabricar los alimentadores criogénicos. La empresa canadiense Calian lleva a cabo la integración de la nueva tecnología en las antenas.

La tecnología se probó en las instalaciones de pruebas de transmisores de alta potencia de la NASA en 2019 en Goldstone (California), con una potencia de 30 kilovatios, lo que equivale aproximadamente a la potencia de 30 000 teléfonos móviles en uso al mismo tiempo.

Se ha desarrollado una tecnología específica de semiconductores de ruido ultra bajo con universidades colaboradoras (la Universidad de Chalmers y la ETH de Zúrich) para alcanzar el máximo rendimiento de ruido. La misma tecnología se utiliza hoy en día para el desarrollo de ordenadores cuánticos. Este es un ejemplo de que el desarrollo tecnológico de la ESA puede apoyar a la comunidad científica en general y a la competitividad de las empresas europeas.

Otras actualizaciones en la red Estrack

Las antenas más pequeñas de la ESA, situadas en la Guayana Francesa y en Suecia, están recibiendo varias mejoras en su rendimiento igual de necesarias. De este modo, se está preparando toda la red Estrack para los futuros planes de la ESA en el espacio.

En el puerto espacial europeo de Kourou, en la Guayana Francesa, la antena de 15 metros de la ESA se está mejorando con nuevos «módems TTCP», que permiten alcanzar las máximas velocidades de transmisión de datos, en preparación de futuras misiones lunares, terrestres y de meteorología espacial.

En Kiruna (Suecia), las dos antenas de la ESA verán una evolución en el sistema fundamental de monitorización y control, así como un nuevo alimentador de antena y la renovación de la antena de 13 m «Kiruna 2» y varias mejoras en Kiruna-1. (Fuente: ESA)