Lijiang supera a atmosfera com uma ligação ótica a 36 000 quilómetros

A partir de um observatório no sudoeste da China, uma ligação luminosa vinda de muito longe superou um obstáculo conhecido pela sua dificuldade: a atmosfera.

O feito não se explica apenas pela distância vencida. Investigadores conseguiram enviar dados a velocidade muito elevada a partir de um satélite em órbita geoestacionária, recorrendo a uma potência luminosa muito reduzida. O elemento determinante estava em terra: recuperar um sinal alterado pelos movimentos do ar.

Um sinal enviado a partir de 36 000 quilómetros

A experiência decorreu no observatório de Lijiang, na província chinesa de Yunnan. Sobre o local, um satélite aparentemente fixo em relação ao solo transmitia um feixe de luz a partir de uma altitude de cerca de 36 000 quilómetros.

Esta localização corresponde à órbita geoestacionária. A essa altitude, o veículo espacial orbita a Terra à mesma velocidade do planeta, mantendo-se, por isso, sobre a mesma área geográfica. Esta estabilidade é relevante para as telecomunicações, a previsão meteorológica e a observação de territórios extensos.

Em contrapartida, o sinal tem de atravessar uma distância enorme. Numa transmissão ótica, o vácuo espacial não é necessariamente a maior dificuldade. É a travessia final da atmosfera que se torna muito mais complexa. Bolsas de ar quente e frio, vento e humidade alteram continuamente o percurso da luz.

Os investigadores anunciam uma velocidade de 1 gigabit por segundo com uma fonte luminosa de apenas 2 watts, a partir de uma altitude de cerca de 36 000 quilómetros.

Dois watts constituem uma potência modesta para uma ligação desta extensão. Como comparação, aproxima-se mais do consumo de uma pequena lâmpada do que do de um emissor convencional concebido para cobrir uma distância muito grande.

O telescópio não se limita a captar a luz

O equipamento instalado em Lijiang baseia-se num telescópio com 1,8 metros de diâmetro. A sua função não era apenas recolher o feixe enviado pelo satélite: tinha também de analisar as deformações do sinal e corrigi-las com grande rapidez.

O sistema inclui 357 microespelhos. Cada um consegue alterar ligeiramente a orientação ou a forma para compensar as perturbações provocadas pela atmosfera. Esta técnica, chamada ótica adaptativa, já é utilizada na astronomia para obter imagens mais nítidas do céu apesar da turbulência atmosférica.

Neste caso, foi adaptada às telecomunicações. O sinal luminoso chegava ao solo de forma instável, fragmentada e distorcida. Os instrumentos procuravam então reconstruir uma onda utilizável, capaz de restituir os dados transmitidos.

Oito vias analisadas, três selecionadas

As equipas de Wu Jian, da Universidade dos Correios e Telecomunicações de Pequim, e de Liu Chao, da Academia Chinesa de Ciências, acrescentaram uma segunda fase a esta correção.

Depois de passar pelos microespelhos, o feixe era dividido em oito vias distintas através de um conversor ótico multiplano. Em seguida, o recetor identificava as três vias mais estáveis e combinava-as para descodificar a informação.

• O telescópio recolhe o sinal proveniente do satélite.
• Os microespelhos corrigem as deformações causadas pelo ar.
• O conversor divide o feixe em oito vias.
• O recetor reúne as três vias mais fiáveis.

Esta abordagem evita a dependência de um único sinal perfeito, algo muito difícil de preservar numa atmosfera turbulenta. Em vez disso, tira partido, a cada instante, dos fragmentos mais limpos disponíveis.

A percentagem de sinal utilizável terá passado de 72 % para 91,1 %, um ganho que diz respeito tanto à estabilidade como à velocidade.

Porque a comparação com a Starlink exige cautela

Os resultados foram comparados com os da Starlink, a rede de satélites operada pela SpaceX. Os investigadores referem uma transmissão cerca de cinco vezes mais rápida do que algumas ligações associadas a esta constelação. A comparação chama a atenção porque os satélites Starlink orbitam muito mais perto da Terra.

Uma parte significativa desta constelação encontra-se a algumas centenas de quilómetros de altitude. Assim, o sinal percorre uma distância muito menor do que numa transmissão proveniente da órbita geoestacionária. Além disso, as utilizações previstas não são exatamente iguais.

A Starlink destina-se, nomeadamente, ao acesso à internet por particulares, empresas, embarcações ou zonas isoladas. Já a instalação testada em Lijiang assenta num telescópio de grande dimensão e em equipamentos de correção altamente especializados. Não se trata de uma antena que possa ser colocada no telhado de uma casa.

Uma tecnologia promissora para grandes fluxos de dados

Uma velocidade de 1 gigabit por segundo permitiria, em teoria, transmitir rapidamente volumes muito elevados de dados. Para ilustrar essa velocidade, os investigadores referiram o envio de um filme em alta definição entre Xangai e Los Angeles em menos de cinco segundos.

Na prática, este desempenho depende de muitos fatores: as condições meteorológicas locais, a precisão do apontamento entre o satélite e a estação terrestre, a disponibilidade do equipamento e os protocolos de transmissão utilizados.

As ligações óticas poderão ser úteis para conectar grandes centros de dados, encaminhar imagens captadas por satélites de observação ou funcionar como retransmissão entre redes terrestres distantes. Também são relevantes para comunicações que exigem grande capacidade durante períodos curtos.

A meteorologia continua a ser uma limitação concreta

A luz utilizada neste tipo de comunicação não atravessa facilmente nuvens densas, nevoeiro ou chuva intensa. Por isso, uma estação terrestre pode perder temporariamente o sinal em função das condições meteorológicas. Esta é uma das razões pelas quais as futuras redes poderão apoiar-se em vários locais de receção distribuídos por diferentes regiões.

Se um observatório estiver sob cobertura de nuvens, outro local situado a várias centenas de quilómetros poderá assumir a ligação. Esta organização exigiria um planeamento rigoroso, mas tornaria as transmissões mais regulares.

O ensaio de Lijiang demonstra, acima de tudo, que a barreira atmosférica não é inevitável. Ao corrigirem o feixe à chegada e selecionarem as partes mais nítidas do sinal, os engenheiros abriram uma via concreta para melhorar as comunicações espaciais a distâncias muito longas.