Físicos rusos resuelven problema de apagón de radio para reingreso de naves espaciales

Cuando la nave espacial regresa a la Tierra, una de las partes más tensas de la misión es el apagón de radio que se produce cuando el vehículo vuelve a entrar en la atmósfera. Viajando a velocidades hipersónicas de entre Mach 8 y 15, la nave espacial se calienta y descompone las moléculas en la atmósfera, lo que hace que se forme un plasma. Es esta vaina de plasma la que evita la comunicación por radio.

Para las naves espaciales tripuladas que vuelven a entrar desde la órbita, el apagón de la radio dura un par de minutos, lo que crea las palmas de las manos sudorosas para todos los involucrados.

A lo largo de los años, numerosos grupos han estudiado diversas formas de solucionar este problema. Una idea es utilizar señales de baja frecuencia que no estén bloqueadas por el plasma. Sin embargo, estos solo proporcionan velocidades de datos bajas.

Otra es dar forma a la nave para que el plasma no se forme en ciertas áreas donde se puede colocar una antena de radio. Pero esto significa que todo el vehículo debe diseñarse en torno al sistema de comunicaciones, que luego no se puede cambiar.

Otra idea más es colocar la antena de radio en la punta de la nariz para que sobresalga más allá del plasma. Esto permite la comunicación por radio hasta que la antena se desgasta debido a la ablación.

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

Su idea es usar las propiedades del plasma mismo para efectuar la transmisión de la misma manera que un experto en judo usa la fuerza y ​​el movimiento de un oponente para derrotarlo. Este parece un enfoque simple y elegante.

Primero, algunos antecedentes. Los plasmas absorben ondas electromagnéticas cercanas a una frecuencia de resonancia especial llamada frecuencia de plasma, que depende de las propiedades del propio plasma, como su densidad.

Korotkevich y compañía señalan que cualquier señal entrante cercana a esta frecuencia es reflejada y absorbida por el plasma. La señal reflejada se pierde pero la energía absorbida establece un campo eléctrico resonante a cierta profundidad con el plasma.

Ese es un punto crucial. En efecto, esta capa dentro del plasma actúa como una antena de radio y recibe la señal. Sin embargo, la señal no puede viajar más a través del plasma hasta la nave espacial.

La nueva idea es eliminar esta capa con ondas de radio generadas desde el interior de la nave espacial. Estas ondas serán absorbidas por el plasma y reflejadas dentro de la nave espacial. Sin embargo, el punto clave es que las ondas reflejadas deben ser moduladas por cualquier cambio en el campo eléctrico dentro del plasma.

En otras palabras, las ondas reflejadas deben llevar una especie de huella de la señal de radio externa original. Eso permitiría al control terrestre comunicarse con sus astronautas.

Korotkevich y sus amigos dicen que la misma idea se puede usar a la inversa para transmitir señales. En este caso, simplemente explote la vaina de plasma desde el interior de la nave espacial con la señal que quieren transmitir. Esto transfiere la señal de transmisión al campo eléctrico interno del plasma, que luego irradia una señal mucho más débil a la atmósfera.

Korotkevich y compañía dicen que la debilidad de la señal de transmisión no importa porque los receptores terrestres se pueden hacer enormemente sensibles, ciertamente mucho más que los móviles.

Esa es una idea inteligente. De hecho, están convirtiendo la vaina de plasma en una antena gigante que recibe y transmite mensajes. Y dicen que se puede lograr con transmisores estándar que están disponibles más o menos listos para usar en la actualidad.

Hay algunas salvedades, por supuesto. Si bien el estudio que publican hoy es interesante, considera solo un caso idealizado y se deberán tener en cuenta numerosos detalles adicionales para que un prototipo funcione.

Una pregunta, 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 compañía dicen que no, porque las señales de radio varían mucho más rápidamente que cualquier inestabilidad del plasma. En efecto, se puede pensar que el plasma está congelado en frecuencias de radio, dicen.

Sin embargo, esto no descarta efectos no lineales que pueden permitir que pequeñas inestabilidades crezcan rápidamente. Eso es algo que deberá investigarse con más detalle.

Por supuesto, es probable que el gran interés provenga de los militares. Si bien el apagón de la radio es poco más que un irritante para las misiones humanas, es una limitación seria para las naves militares como los misiles balísticos o los aviones hipersónicos. El apagón de radio evita que estos vehículos accedan a las señales de GPS para la navegación y no permite que sean redirigidos o desarmados en el último minuto.

Si Korotkevich y compañía han encontrado una forma práctica de resolver este problema, es probable que sus ideas sean muy valiosas en ciertos sectores.

Ref: arxiv.org/abs/0704.3103 : Comunicación a través de vainas de plasma

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