Los satélites de órbita baja pronto podrían ofrecer a millones de personas en todo el mundo acceso a comunicaciones de alta velocidad, pero el potencial de los satélites se ha visto obstaculizado por una limitación tecnológica: sus conjuntos de antenas sólo pueden gestionar un usuario a la vez.

La relación uno a uno significa que las empresas deben lanzar constelaciones de muchos satélites o grandes satélites individuales con muchos conjuntos para proporcionar una amplia cobertura.Ambas opciones son costosas, técnicamente complejas y podrían dar lugar a órbitas superpobladas.

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 fueron lanzados en los últimos años.SpaceX pretende lanzar decenas de miles más en los próximos años.

Ahora, investigadores de ingeniería de Princeton y de la Universidad Yang Ming Chiao Tung en Taiwán han inventado una técnica que permite a las antenas de satélite de órbita baja gestionar señales para múltiples usuarios a la vez, reduciendo drásticamente el hardware necesario.

en unpapel, titulado "Compartir haz físico para comunicaciones con múltiples satélites de órbita terrestre baja", publicado el 27 de junio enTransacciones IEEE sobre procesamiento de señales, los investigadores describen una manera de superar el límite de usuario único.La estrategia se basa en una técnica común para fortalecer las comunicaciones mediante la colocación de conjuntos de antenas para dirigir un haz de ondas de radio precisamente hacia donde se necesita.

Cada haz transporta información, como mensajes de texto o llamadas telefónicas, en forma de señales.Mientras que los conjuntos de antenas en plataformas terrestres comotorres de telefonía celularpueden gestionar muchas señales por haz, los satélites de órbita baja sólo pueden gestionar una.

La velocidad de 20.000 millas por hora de los satélites y sus posiciones en constante cambio hacen que sea casi imposible manejar múltiples señales sin mezclarlas.

"Para que una torre de telefonía celular se comunique con un automóvil que se mueve a 60 millas por hora por la carretera, en comparación con la velocidad a la que se intercambian datos, el automóvil no se mueve mucho", dijo el coautor H. Vincent Poor, del Michael Henry.Profesor de la Universidad Strater de Ingeniería Eléctrica e Informática en Princeton."Pero estos satélites se están moviendo muy rápido para permanecer allí, por lo que la información sobre ellos está cambiando rápidamente".

Para hacer frente a esa limitación, los investigadores desarrollaron un sistema para dividir eficazmente las transmisiones de un único conjunto de antenas en múltiples haces sin necesidad de hardware adicional.Esto permite a los satélites superar el límite de un único usuario porantenaformación.El coautor Shang-Ho (Lawrence) Tsai, profesor de ingeniería eléctrica en la Universidad Yang Ming Chiao Tung, comparó el método con dos rayos distintos de una linterna sin depender de varias bombillas.

"Ahora sólo necesitamos una bombilla", afirmó."Esto significa una enorme reducción de costes y consumo de energía".

Una red con menos antenas podría significar menos satélites, satélites más pequeños o ambas cosas."Una red de satélites convencional de órbita terrestre baja puede necesitar entre 70 y 80 satélites para cubrir sólo los Estados Unidos", dijo Tsai."Ahora, ese número podría reducirse a quizás 16".

La nueva técnica puede incorporarse a los satélites existentes que ya están construidos, según Poor."Pero un beneficio clave es que se puede diseñar un satélite más simple", afirmó.

Impactos en el espacio

Los satélites de órbita baja residen en la capa inferior de la atmósfera de la Tierra, entre 100 y 1200 millas de la superficie.Esta región del espacio ofrece bienes raíces limitados.Cuantos más objetos vuelan, más probabilidades hay de que se estrellen, se rompan y liberen fragmentos más pequeños de escombros que luego pueden chocar contra otros objetos.

"La preocupación no es tanto ser golpeado por un satélite que cae", dijo Poor, "sino el futuro a largo plazo de la atmósfera y que la órbita se nuble con desechos espaciales que causen problemas".

Debido a que la industria de los satélites de órbita baja está ganando terreno a un ritmo rápido, con empresas como Amazon y OneWeb desplegando sus propias constelaciones de satélites para proporcionar servicios de Internet, la nueva técnica tiene el potencial de reducir el riesgo de estos peligros.

Poor dijo que si bien este documento es puramente teórico, las ganancias en eficiencia son reales."Este artículo es todo matemáticas", dijo."Pero en este campo en particular, el trabajo teórico tiende a ser muy predictivo".

Desde la publicación del artículo, Tsai ha llevado a cabopruebas de campoutilizando antenas subterráneas y ha demostrado que las matemáticas, de hecho, funcionan."El próximo paso es implementar esto de manera real.satélitey lanzarlo al espacio", afirmó.

Más información:Yan-Yin He et al, Uso compartido de haces físicos para comunicaciones con múltiples satélites de órbita terrestre baja,Transacciones IEEE sobre procesamiento de señales(2024).DOI: 10.1109/TSP.2024.3408061