Comunicaciones por ráfagas de meteoritos

comunicaciones por ráfaga de meteoritos (MBC), también conocidas como comunicaciones por dispersión de meteoritos, son un modo de propagación de radio que explota los rastros ionizados de meteoros durante la entrada a la atmósfera para establecer breves rutas de comunicación entre estaciones de radio de hasta 2250 kilómetros (1400 millas) de distancia. Puede haber dispersión hacia adelante o hacia atrás de las ondas de radio.

Cómo funciona

A medida que la Tierra avanza a lo largo de su trayectoria orbital, millones de partículas conocidas como meteoroides ingresan a la atmósfera terrestre todos los días, una pequeña fracción de las cuales tiene propiedades útiles para la comunicación punto a punto. Cuando estos meteoroides comienzan a arder, crean un rastro brillante de partículas ionizadas (llamadas meteoritos) en la capa E de la atmósfera que puede persistir durante varios segundos. Las estelas de ionización pueden ser muy densas y, por tanto, utilizarse para reflejar ondas de radio. Las frecuencias que puede reflejar cualquier rastro de iones en particular están determinadas por la intensidad de la ionización creada por el meteoro, a menudo una función del tamaño inicial de la partícula, y generalmente están entre 30 MHz y 50 MHz.

La distancia sobre la cual se pueden establecer comunicaciones está determinada por la altitud a la que se crea la ionización, la ubicación sobre la superficie de la Tierra donde cae el meteoroide, el ángulo de entrada a la atmósfera y las ubicaciones relativas de las estaciones que intentan establecer comunicaciones. Debido a que estos rastros de ionización solo existen durante fracciones de segundo hasta unos pocos segundos, solo crean breves ventanas de oportunidad para las comunicaciones.

Desarrollo

La primera observación directa de la interacción entre meteoros y la propagación de radio fue realizada en 1929 por Hantaro Nagaoka de Japón. En 1931, Greenleaf Pickard observó que se producían ráfagas de propagación a larga distancia en momentos de grandes lluvias de meteoritos. Al mismo tiempo, el investigador de los Laboratorios Bell A. M. Skellett estaba estudiando formas de mejorar la propagación de radio nocturna y sugirió que las rarezas que muchos investigadores estaban viendo se debían a los meteoros. Al año siguiente, Schafer y Goodall notaron que la atmósfera fue perturbada durante la lluvia de meteoros Leónidas de ese año, lo que llevó a Skellett a postular que el mecanismo era la reflexión o dispersión de los electrones en las estelas de meteoritos. En 1944, mientras investigaba un sistema de radar que estaba "apuntando hacia arriba" Para detectar los misiles V-2 que caían sobre Londres, James Stanley Hey confirmó que las estelas de los meteoritos reflejaban en realidad señales de radio.

En 1946, la Comisión Federal de Comunicaciones de EE. UU. (FCC) encontró una correlación directa entre las mejoras en las señales de radio VHF y los meteoros individuales. Los estudios realizados a principios de la década de 1950 por la Oficina Nacional de Estándares y el Instituto de Investigación de Stanford tuvieron un éxito limitado en su uso como medio.

El primer esfuerzo serio para utilizar esta técnica fue llevado a cabo por la Junta Canadiense de Investigación de Defensa a principios de la década de 1950. Su proyecto, "JANET" (llamado así por Janus, que miraba a ambos lados), envió ráfagas de datos pregrabados en cinta magnética desde su estación de investigación de radar en Prince Albert, Saskatchewan, a Toronto, a una distancia superior a los 2.000 km. Una "portadora" La señal fue monitoreada para detectar aumentos repentinos en la intensidad de la señal, lo que indicaba un meteoro, lo que provocó una ráfaga de datos. El sistema se utilizó operativamente a partir de 1952 y proporcionó comunicaciones útiles hasta que el proyecto del radar se cerró alrededor de 1960.

Uso militar

Uno de los primeros despliegues importantes fue "COMET" (COmmunication by MEteor Trails), utilizado para comunicaciones de largo alcance con el Cuartel General Supremo de las Potencias Aliadas en Europa de la OTAN. COMET entró en funcionamiento en 1965, con estaciones ubicadas en los Países Bajos, Francia, Italia, Alemania Occidental, el Reino Unido y Noruega. COMET mantuvo un rendimiento medio de entre 115 y 310 bits por segundo, según la época del año.

Las comunicaciones por ráfagas de meteoritos perdieron interés con el uso cada vez mayor de sistemas de comunicaciones por satélite a partir de finales de la década de 1960. A finales de la década de 1970 quedó claro que los satélites no eran tan universalmente útiles como se pensaba originalmente, especialmente en latitudes altas o donde la seguridad de la señal era un problema. Por estas razones, la Fuerza Aérea de EE. UU. instaló el sistema MBC del Comando Aéreo de Alaska en la década de 1970, aunque no se sabe públicamente si este sistema todavía está operativo.

Un estudio más reciente es el Sistema avanzado de comunicaciones por ráfagas de meteoritos (AMBCS), un banco de pruebas creado por SAIC con financiación de DARPA. Utilizando antenas orientables en fase dirigidas al área adecuada del cielo para cualquier momento del día, en la dirección en la que la Tierra se mueve "hacia adelante", AMBCS pudo mejorar en gran medida las velocidades de datos, con un promedio de 4 kilobits. por segundo (kbit/s). Si bien los satélites pueden tener un rendimiento nominal aproximadamente 14 veces mayor, su funcionamiento es mucho más caro.

En teoría, es posible obtener ganancias adicionales en el rendimiento mediante el uso de dirección en tiempo real. El concepto básico es utilizar señales retrodispersadas para señalar la ubicación exacta del rastro de iones y dirigir la antena a ese lugar o, en algunos casos, a varios rastros simultáneamente. Esto mejora la ganancia, permitiendo velocidades de datos mucho mejores. Hasta la fecha, hasta donde se sabe, este enfoque no se ha probado experimentalmente.

Uso científico

El Departamento de Agricultura de los Estados Unidos (USDA) utilizó ampliamente la dispersión de meteoritos en su sistema SNOTEL durante más de 40 años, pero suspendió este uso en 2023. Más de 800 estaciones de medición del contenido de agua de la nieve en el oeste de los Estados Unidos estaban equipadas con transmisores de radio que Se basó en comunicaciones de dispersión de meteoritos para enviar mediciones a un centro de datos.

Uso de radio aficionada

La mayor parte de las comunicaciones por dispersión de meteoritos se realizan entre estaciones de radio que siguen un cronograma preciso de períodos de transmisión y recepción. Debido a que no se puede predecir la presencia de un rastro de meteorito en una ubicación adecuada entre dos estaciones, las estaciones que intentan comunicarse mediante dispersión de meteoritos deben transmitir la misma información repetidamente hasta que se reciba un acuse de recibo de la otra estación. Se emplean protocolos establecidos para regular el progreso del flujo de información entre estaciones. Si bien un solo meteoro puede crear un rastro de iones que respalde varios pasos del protocolo de comunicación, a menudo un intercambio completo de información requiere varios meteoros y un largo período de tiempo para completarse.

Se puede utilizar cualquier forma de modo de comunicación para las comunicaciones de dispersión de meteoritos. La transmisión de audio de banda lateral única ha sido popular entre los radioaficionados de América del Norte que intentan establecer contacto con otras estaciones durante las lluvias de meteoritos sin planificar un horario de antemano con la otra estación. El uso del código Morse ha sido más popular en Europa, donde los radioaficionados utilizaban grabadoras modificadas, y más tarde programas informáticos, para enviar mensajes a velocidades de transmisión de hasta 800 palabras por minuto. Las estaciones que reciben estas ráfagas de información graban la señal y la reproducen a una velocidad más lenta para copiar el contenido de la transmisión. Desde el año 2000, varios modos digitales implementados por programas informáticos han reemplazado en popularidad las comunicaciones de voz y código Morse. El modo más popular para operaciones de radioaficionados es MSK144, que se implementa en el software WSJT-X.