A Agência de Exploração Aeroespacial do Japão (“JAXA”) e a NEC Corporation (“NEC”), os principais fornecedores dos terminais de comunicação laser do sistema de comunicação por Laser (LUCAS), realizaram a comunicação ótica mais rápida entre satélites alguma vez registada em termos mundiais (comprimento de onda: 1,5 μm, velocidade de comunicação: 1,8 Gbps). O feito foi conseguido através da utilização do LUCAS entre o Satélite avançado de Observação da Terra-4 “DAICHI-4” (ALOS-4) e o Satélite de Transmissão Ótica de dados em órbita geoestacionária, distantes entre si cerca de 40 000 km, e efetuando também a primeira transmissão de dados de observação para uma estação em terra através de satélite geoestacionário.

[Figura 1]: Imagem de observação do “DAICHI-4” transmitida pelo LUCAS. Observada na fase inicial de calibração e validação. O sistema transmitiu os dados de uma zona de observação de uma só vez, tendo adquirido com sucesso uma elevada quantidade de dados de forma imediata, o que anteriormente exigiria a repartição por vários envios para se obter a transmissão direta para uma estação em terra. (As imagens acima representadas, registadas com pseudo-cor, como o gelo do Oceano Ártico, foram ampliadas para realçar uma zona especifica da área em observação). JAXA

Em outubro de 2024, a JAXA e a NEC alcançaram pela primeira vez com sucesso a comunicação ótica intersatélite entre o satélite de observação da Terra “DAICHI-4” equipado com o Terminal de Comunicação a Laser Ótico Leo (OLLCT), e o Satélite geostacionário de Transmissão Ótica de Dados equipado com o Terminal de Comunicação Ótica Geo Laser (OGLCT), tendo a empresa prosseguido com as avaliações técnicas. Como resultado, foram transmitidos os resultados de análise do “DAICHI-4” através de comunicações óticas. O sucesso desta transmissão de dados utilizando o LUCAS permite o “downlink” imediato de uma grande quantidade de dados de observação, o que é difícil de atingir através de comunicação direta com estações terrestres em áreas sem estações terrestres acessíveis. A figura 1 mostra a primeira imagem transmitida a partir do LUCAS, criada a partir de uma quantidade elevada de dados observados pelo “DAICHI-4” durante cerca de 30 minutos, ao longo do seu percurso pelo Ártico, a Europa e o continente africano. Enquanto as passagens diretas para as estações na Terra exigem diversas transmissões, a utilização do LUCAS permitiu reduzir a aquisição de dados de amplas áreas a uma única transmissão.

• As fotografias acima mostram os elementos óticos dos terminais de comunicação laser instalados no exterior dos satélites.
• O componente ótico do OLLCT é mais pequeno do que o do OGLCT, o que resulta numa melhor montagem devido ao seu tamanho reduzido.

[Fig. 2] Visão geral do LUCAS JAXA/NEC

A luz laser tem uma largura de banda muito superior à das ondas de rádio (5 THz no comprimento de onda de 1,5 μm), o que lhe permite transmitir um maior volume de informações. Além disso, ao usar feixes de luz altamente focados, existe um menor risco de interferências ou espionagens. A utilização de laser é essencial para se conseguirem no espaço, no futuro, comunicações de alta velocidade e elevada capacidade. No LUCAS, a comunicação ótica foi adotada para o sistema de transmissão de dados a partir do satélite geostacionário. Ao recorrer a uma comunicação ótica entre o Satélite de Observação da Terra e o satélite geostacionário, o LUCAS permite a transmissão de dados a partir do satélite de observação terrestre a “1,8 Gbps”, ou seja, a uma velocidade 7,5 vezes mais rápida do que a capacidade de transmissão de “240 Mbps” do Satélite teste de transmissão de dados “KODAMA” (DRTS) que funciona com ondas de rádio de uma geração anterior. (Figura 3)

Figura 3: O LUCAS permite a transmissão de dados de alta velocidade/elevada capacidade a uma velocidade de 1,8 Gbps com recurso a comunicação ótica  JAXA/NEC

Existe uma distância de cerca de 40 000 km entre o “DAICHI-4” em órbita baixa e o satélite de transmissão ótica de dados em órbita geostacionária. A aquisição e a transmissão para o satélite correspondente, que se move a alta velocidade, requer sistemas óticos muito precisos e a respetiva tecnologia de controlo. Em termos concretos, enquanto o satélite de transmissão ótica de dados em órbita geostacionária está a uma altitude de cerca de 36 000km e movimenta-se a cerca de 3,1km/segundo, o satélite de observação da Terra em órbita baixa move-se a cerca de 7,6km/segundo, pelo que é essencial orientar de forma contínua e precisa o feixe de luz do laser, que se expande apenas cerca de 500m, para o satélite correspondente, mesmo a uma distância de 40 000km. Para alcançar este objetivo, é necessária uma tecnologia de ampliação ótica de elevado desempenho para a luz laser, bem como tecnologia de aquisição e controlo para orientar a luz do laser em direção ao satélite com que se pretende comunicar.

Neste contexto, a NEC desenvolveu a estrutura geral do sistema LUCAS e os terminais de transmissão laser tanto para o satélite de transmissão de dados óticos como para o satélite de observação da Terra, que são os principais componentes do LUCAS. A utilização de um comprimento de onda de 1,5 μm, que é a característica principal do LUCAS, baseia-se nas descobertas que a NEC fez a partir do desenvolvimento de sistemas de comunicação terrestres e subaquáticos por fibra ótica, e o seu desenvolvimento foi efetuado na expectativa de uma futura integração com este sistema de comunicação ótica no espaço. Embora a utilização do comprimento de onda de 1,5 μm seja relativamente deficiente em termos de eficiência energética, espera-se que o recente progresso na transmissão de alta velocidade e a longa distância entre satélites geoestacionários e satélites de órbita terrestre baixa, acelere a sua utilização na comunicação ótica espacial.

O “DAICHI-4” está também equipado com o SPAISE3 (Sistema espacial de identificação automática– Experiência 3), desenvolvido pela JAXA e pela NEC, que se destina à observação de navios em zonas marítimas muito frequentadas. Também para os dados de observação SPAISE3, a transmissão ótica torna possível transmitir uma grande quantidade de dados em tempo real. Deste modo, a comunicação de dados de alta velocidade através do LUCAS contribui para a utilização e para a divulgação não só dos dados SAR, mas também de dados de outros satélites, desempenhando assim um papel de infraestrutura social que protege a vida e a segurança das pessoas.

A JAXA e a NEC dedicam-se às comunicações óticas no espaço desde a década de 1990. A comunicação ótica no espaço está identificada como uma tecnologia de elevada importância na estratégia de tecnologia espacial elaborada pelo governo japonês para o ano fiscal de 2023. A JAXA avançou na investigação e desenvolvimento da comunicação ótica como uma solução para os crescentes desafios em termos de capacidade e velocidade de transmissão de dados de futuros satélites de observação da Terra. Por sua vez, a NEC foi responsável pela realização do sistema LUCAS, pelo fabrico dos terminais de comunicação laser, pelo apoio nos testes de sistemas de satélite e pela gestão das operações iniciais de validação funcional dos sistemas de satélite. Com base no sucesso deste projeto, a NEC continuará a contribuir para os avanços do desenvolvimento espacial do Japão, acelerando o desenvolvimento tecnológico da transmissão ótica intersatélites em colaboração com organizações e parceiros relevantes.