Hay un vasto universo ahí fuera y, lamentablemente, los ojos humanos probablemente nunca verán la mayor parte, pero eso no significa que no podamos echarle un vistazo de otras maneras. Con los telescopios y satélites modernos, podemos deducir la naturaleza, composición y estructura de las estrellas y galaxias basándonos únicamente en las ondas de radio que emiten; podemos ver el movimiento de los planetas a través del espacio; Incluso descubrimos la existencia de quásares sin haber visto ninguno fuera de los datos de las ondas de radio.
En otras palabras, las ondas de radio son extremadamente útiles. Sólo hay un problema: no siempre son tan fáciles de conseguir.
“Las antenas metálicas tradicionales son propensas a fallas mecánicas de despliegue, como torceduras o roturas durante el despliegue en el espacio”, Prya Darshni, Ph.D. candidato de la Universidad Estatal de Carolina del Norte, dijo a Discover.
Pueden ser grandes y pesados, señaló, añadiendo volumen a las misiones espaciales que difícilmente pueden permitírselo, y necesitan mucho espacio y experiencia para utilizarlos de manera efectiva.
“La longitud de una antena […] “Controla las frecuencias en las que se pueden transmitir y recibir ondas de radio”, dijo a Discover Darshni, autor correspondiente de un artículo reciente publicado en IEEE Journal of Microwaves. “Pero manipular la longitud de las antenas para barrer un rango deseado de frecuencias puede ser un desafío en algunas aplicaciones, como las tecnologías de exploración espacial”.
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Pero Darshni, junto con sus colegas ingenieros Arthur Dogariu y Paul Franzon, tienen una solución, y se parece mucho a un sable de luz.
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Cómo construir una antena de plasma
¿Qué pasaría si fuera posible construir una antena de radio que pudiera sintonizarse a cualquier longitud o ángulo necesario, sin requerir espacio adicional ni complicados arreglos para obtener una recepción precisa? Utilizando un filamento de plasma inducido por láser, Darshni y sus colegas han hecho precisamente eso.
“Nuestro […] La antena de filamento de plasma inducido por láser (LIPF) estilo sable de luz es una nueva clase de antenas reconfigurables adecuadas tanto para satélites pequeños como grandes, así como para plataformas de aviones”, dijo Darshni. “Logra agilidad de frecuencia y polarización sin agregar peso físico ni aumentar la huella de la plataforma. […] Ocupa cero volumen físico cuando está inactivo, eliminando por completo los riesgos de implementación mecánica”.
Es a la vez muy técnico y sorprendentemente sencillo: utilizando un láser de una potencia y un diámetro específicos, el equipo ionizó una fina franja de aire, convirtiéndola en un haz (o “filamento”) de plasma. A través de este proceso, los electrones en el aire son empujados hacia el borde del plasma, a solo un empujón de producir radiación electromagnética. El ingrediente final es una alimentación de antena sin contacto, que se acerca lo suficiente como para proporcionar ese último empujón sin romper el filamento.
En ese momento, “la onda EM puede transportarse utilizando estos electrones”, explicaron los investigadores en el estudio. “En otras palabras, el LIPF es capaz de irradiar ondas EM como una antena típica”.
“Hasta donde sabemos los autores, este trabajo representa la primera demostración de este concepto”, escribieron.
Usos de una antena de sable de luz
Es innegable que la LIPF todavía está en sus inicios. Hasta ahora, ni siquiera se ha demostrado que reciba señales de radio además de enviarlas.
“Tenemos investigaciones en curso en este frente”, confirmó Darshni.
Pero el equipo es optimista sobre el proyecto.
“El objetivo general es apoyar futuras campañas científicas dirigidas por satélites y aviones”, explicó Darshni.
Por ejemplo, dijo, “Esta tecnología es muy prometedora para las misiones espaciales, donde ahorrar peso de la carga útil y mantener la capacidad de escanear dinámicamente en una amplia gama de frecuencias y polarizaciones son consideraciones críticas para la misión”.
Otras aplicaciones potenciales incluyen el floreciente campo de SmallSats y CubeSats: satélites pequeños y compactos que pueden enviarse para recopilar o difundir información en ubicaciones cósmicas lejanas. Para este tipo de misiones, perder una antena mecánica frágil y gruesa sería una bendición.
Esto “permitiría a los satélites compactos transportar cargas útiles de comunicaciones dinámicas de múltiples frecuencias sin correr el riesgo de torceduras estructurales o fallas mecánicas en el despliegue”, dijo Darshni.
Con suerte, nada de esto debería ser demasiado difícil: la mayoría de los satélites y aviones artificiales se encuentran en la órbita terrestre baja o por debajo de ella, donde todavía hay suficiente atmósfera para formar un filamento de plasma. El próximo desafío es convertir la nueva antena “sable de luz” de una solución potencial a una solución realista para la exploración espacial, mejorando sus características de radiación para soportar aplicaciones de radar en frecuencias altas, muy altas y muy bajas.
“Esta capacidad ampliará significativamente el alcance de las campañas científicas dirigidas por aviones y satélites”, dijo Darshni. “Una única plataforma equipada con una antena láser reconfigurable en frecuencia y polarización puede interrogar múltiples características ambientales o geológicas simultáneamente, eliminando la necesidad de lanzar múltiples misiones separadas con distintas antenas físicas”.
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