Científicos rusos resuelven el problema del apagón de radio en la re-entrada de las naves

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Re-entrada de MercuryUsar una cubierta de plasma como gigantesco receptor de radio debería resolver los problemas de comunicación a los que se enfrentan los aviones hipersónicos y las naves que re-entran en la atmósfera, dicen científicos rusos.

Cuando una nave retorna a la Tierra, una de las partes más tensas de la misión es el apagón de radio que tiene lugar durante la re-entrada del vehículo en la atmósfera. Viajando a velocidades hipersónicas entre Mach 8 y 15, la nave se calienta y rompe las moléculas de la atmósfera, provocando que se forme un plasma. Es esta cobertura de plasma lo que evita la comunicación por radio.

Para naves tripuladas que re-entran en la atmósfera desde la órbita, el apagón de radio dura un par de minutos, provocando un sudor de manos en todos los implicados.

A lo largo de los años, distintos grupos han estudiado varias formas de solventar este problema. Una idea es usar señales de baja frecuencia que no se vean bloqueadas por el plasma. No obstante, éstas sólo proporcionan tasas bajas de datos.

Otra es la forma de la nave, de manera que el plasma no se forme en ciertas áreas donde puede colocarse la antena de radio. Pero esto significa que todo el vehículo tiene que estar diseñado alrededor del sistema de comunicación, el cual, entonces, no puede cambiarse.

Otra idea es colocar la antena de radio en el extremo de la nave, de forma que salga más allá del plasma. Esto permite comunicación por radio hasta que la antena se erosione por la ablación.

Ninguna de estas soluciones es ideal. Pero hoy, Aleksandr Korotkevich del Instituto Landau para Física Teórica en Moscú, y algunos colegas, revelan una nueva forma de solventar este problema.

Su idea es usar las propiedades del propio plasma para efectuar la transmisión “de la misma forma que un judoka experto usa la fuerza y movimiento de un oponente para derribarlo”. Parece una aproximación simple y elegante.

Primero, vamos con algo de contexto. Los plasmas absorben las ondas electromagnéticas cercanas a una frecuencia resonante especial conocida como frecuencia del plasma, la cual depende de las propiedades del propio plasma y de su densidad.

Korotkevich y compañía señalan que cualquier señal entrante cercana a esta frecuencia es tanto reflejada como absorbida por el plasma. La señala reflejada se pierde, pero la energía absorbida configura un campo eléctrico resonante a una cierta profundidad del plasma.

Éste es el punto clave. En efecto, esta capa dentro del plasma actúa como una antena de radio, recibiendo la señal. No obstante, la señal no puede viajar más allá del plasma de la nave.

La nueva idea es suprimir esta capa con ondas de radio generados dentro de la nave. Estas ondas serán tanto absorbidas por el plasma como reflejadas de nuevo al interior de la nave. No obstante, la clave es que las ondas reflejadas serían moduladas por cualquier cambio en el campo eléctrico dentro del plasma.

En otras palabras, las ondas reflejadas deberían transportar un tipo de huella de la señal de radio externa original. Eso permitiría que el control de tierra se comunicase con los astronautas.

Korotkevich y sus colegas dicen que la misma idea puede usarse a la inversa para transmitir señales. En este caso, simplemente lanza a la cobertura de plasma de la nave a señal que quieras transmitir. Esto transfiere la señal emitida al campo eléctrico interno del plasma, el cual entonces radia una señal mucho más débil a la atmósfera.

Korotkevich y compañía dicen que la debilidad de la transmisión de la señal no importa, debido a que los receptores terrestres pueden hacerse muy sensibles, ciertamente mucho más que los móviles.

Es una idea muy inteligente. De hecho, está convirtiendo la envoltura de plasma en una antena gigante que recibe y transmite mensajes. Y dicen que puede lograrse con transmisores estándar que están más o menos disponibles comercialmente.

Hay algunos inconvenientes, desde luego. Aunque el estudio publicado hoy es interesante, sólo considera un caso ideal, y será necesario tener en cuenta numerosos detalles extra para lograr un prototipo funcional.

Una cuestión, por ejemplo, es si las señales de radio cambiarán el comportamiento aerodinámico del plasma, creando inestabilidades que podrían poner en peligro la nave.

Korotkevich y demás dicen que no, debido a que las señales de radio varían mucho más rápidamente que cualquier inestabilidad del plasma. En efecto, el plasma puede imaginarse como unas frecuencias de radio congeladas, comentan.

Sin embargo, esto no descarta efectos no lineales que pueden permitir que las pequeñas inestabilidades crezcan rápidamente. Esto es algo que tendrá que investigarse con mayor detalle.

Desde luego, el gran interés llega desde el ámbito militar. Aunque el apagón de radio es bastante irritante para las misiones humanas, es una seria limitación para naves militares, tales como misiles balísticos o aviones hipersónicos. El bloqueo de radio evita que estos vehículos accedan a señales GPS para su navegación y no permiten que se cambie su objetivo o se desarmen en el último minuto.

Si Korotkevich y sus colegas han encontrado una forma práctica de resolver este problema, sus ideas serán muy valiosas en ciertos cuarteles generales.


Artículo de Referencia: arxiv.org/abs/0704.3103: Communication Through Plasma Sheaths

Fecha Original: 5 de enero de 2010
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