Satélite chinês envia dados de 36 000 quilómetros com um laser de 2 watts

Um satélite chinês está a transmitir dados a partir de 36 000 quilómetros de altitude para a Terra com uma tecnologia que faz as redes de rádio convencionais parecerem antiquadas.

Num observatório da província de Yunnan, no sudoeste da China, uma equipa de investigação está a testar uma nova forma de transmissão de dados a partir do espaço. Em vez de recorrer à rádio tradicional, os cientistas usam um feixe de laser muito fraco - e, ainda assim, conseguem velocidades superiores às que muitos utilizadores associam à Starlink ou à fibra ótica.

Laser em vez de rádio: o que aconteceu na China

No Observatório de Lijiang, os investigadores receberam o sinal de um satélite geoestacionário situado a cerca de 36 000 quilómetros de altitude. Ao contrário dos muitos pequenos satélites em órbita baixa, este permanece aparentemente fixo sobre um ponto da superfície terrestre. O envio foi feito com um laser de apenas 2 watts de potência.

Um laser de 2 watts envia, a partir de uma órbita geoestacionária, um fluxo de dados estável de cerca de 1 Gbit/s - mais rápido do que muitas ligações típicas da Starlink.

A equipa refere uma taxa de transmissão de aproximadamente 1 gigabit por segundo (1 Gbit/s). Na prática, isso equivale ao desempenho de uma ligação rápida de fibra ótica numa cidade - com a diferença de que o sinal percorre metade da distância até à Lua antes de chegar ao solo. Num gráfico incluído no estudo, os autores afirmam até que um filme em alta definição poderia ser enviado de Xangai para Los Angeles em menos de cinco segundos.

Porque a comparação com a Starlink está a gerar debate

A comparação com a Starlink está a chamar a atenção a nível internacional. Os satélites da SpaceX orbitam a apenas algumas centenas de quilómetros da Terra. Em teoria, essa menor distância é uma vantagem: os sinais demoram menos tempo a viajar e perdem menos intensidade.

Neste teste, porém, o cenário é totalmente diferente:

• Altitude da Starlink: normalmente entre 500 e 600 quilómetros acima da Terra
• Altitude do satélite chinês: cerca de 36 000 quilómetros
• Relação entre distâncias: aproximadamente 60 vezes mais longe do que a Starlink
• Potência de emissão do laser: apenas 2 watts - na ordem de grandeza de uma luz de presença

Apesar desta distância impressionante, a ligação laser alcança uma velocidade que, segundo os investigadores, é cerca de cinco vezes superior às taxas típicas de descida da Starlink para utilizadores finais. É verdade que o teste chinês não corresponde a uma ligação doméstica, mas sim a uma experiência de alta tecnologia com um grande telescópio. Ainda assim, a comparação mostra o potencial das comunicações ópticas a partir do espaço.

A verdadeira dificuldade: a atmosfera, não o vazio espacial

O maior desafio não esteve no percurso através do vácuo espacial, mas nos últimos quilómetros ao atravessar a atmosfera terrestre. No caminho para a superfície, o feixe de laser encontra camadas de ar em constante mudança, diferenças de temperatura e turbulência. Estes fenómenos distorcem e fragmentam o raio de luz.

Por isso, o sinal que chega ao solo não é um ponto de laser limpo e uniforme, mas sim um padrão instável e deformado. É precisamente aqui que entra o truque decisivo da equipa chinesa: em vez de receber o feixe tal como chega, o sistema reformula-o ativamente e reconstrói-o.

Uma consequência importante desta abordagem é a estabilidade operacional. Em comunicações ópticas de longo alcance, não basta atingir uma velocidade elevada num momento isolado; é preciso manter a ligação suficientemente robusta para compensar flutuações atmosféricas quase em tempo real. É esse equilíbrio entre potência baixa, precisão ótica e processamento rápido que torna o teste particularmente relevante.

Como funciona o recetor de alta tecnologia de Lijiang

No centro da instalação está um telescópio de 1,8 metros. Este recolhe a luz laser incidente e encaminha-a para um sistema de correção em várias etapas. O conjunto combina dois métodos já conhecidos, que até agora eram usados, na maior parte dos casos, separadamente:

• Óptica adaptativa (AO): um espelho com 357 microespelhos é deformado continuamente para compensar as distorções da luz.
• Receção por diversidade de modos (MDR): o sistema divide o feixe recebido em vários modos de luz, ou seja, em diferentes “canais” dentro do próprio feixe.

A combinação recebe a sigla AO-MDR. Na primeira fase, a óptica adaptativa suaviza o padrão distorcido da frente de onda. Na segunda, um chamado conversor de luz multinível distribui o sinal por oito modos de base. A partir destes oito subcanais, o sistema seleciona depois os três mais fortes e volta a reuni-los para a transmissão de dados.

Em vez de procurar um feixe perfeito, o sistema segue vários feixes “feridos” - e salva daí um fluxo de dados estável.

O efeito é mensurável: a parcela do sinal que pode ser aproveitada de forma útil sobe de 72% para 91,1%. Isto significa que se perde muito menos informação no “ruído” atmosférico e que as ligações se tornam consideravelmente mais resistentes.

Porque as órbitas geoestacionárias são um caso especial nas comunicações por laser

Os satélites geoestacionários são, há décadas, uma peça clássica nas comunicações por satélite. Durante muito tempo, foram sobretudo utilizados para distribuir sinais de televisão e ligações de rádio de banda larga para a Terra. A sua particularidade é esta:

Tipo	Altitude acima da Terra	Característica
LEO (órbita baixa)	cerca de 500–2 000 km	baixa latência, muitos satélites necessários
MEO (órbita média)	cerca de 2 000–10 500 km	compromisso entre cobertura e latência
GEO (geoestacionária)	cerca de 36 000 km	permanece sobre um ponto, grande alcance

Um satélite geoestacionário cobre áreas enormes - continentes inteiros ou oceanos. O preço a pagar é a grande distância. Cada trajecto de dados torna-se mais longo, os sinais enfraquecem e ficam mais vulneráveis. Durante muito tempo, as ligações ópticas a esta altitude foram consideradas particularmente difíceis. É por isso que atingir taxas de gigabit em órbita GEO com apenas 2 watts de potência é visto como um avanço técnico significativo.

Para que podem servir estas ligações laser

A instalação de Lijiang não substitui um terminal doméstico da Starlink. Trata-se de um sistema de estação terrestre grande e complexo, pensado para outro tipo de utilização. Este tipo de ligações de alto desempenho é especialmente útil como ligação de retaguarda, ou seja, como “autoestrada de dados” entre satélites e estações terrestres de grande capacidade. A partir daí, os dados podem ser integrados em redes de fibra ótica ou redistribuídos por rádio.

Entre as aplicações possíveis estão:

• ligação de regiões remotas através de estações terrestres centrais
• transmissão rápida de dados de satélites de observação da Terra ou meteorológicos
• canais de comunicação seguros para fins militares ou governamentais
• ligações troncais entre continentes como complemento aos cabos submarinos

As comunicações por laser oferecem várias vantagens face à rádio tradicional: os sinais são mais difíceis de intercetar, os feixes estreitos quase não interferem uns com os outros e as gamas de frequências utilizáveis são muito mais amplas. Ao mesmo tempo, a tecnologia traz novos riscos: nuvens, nevoeiro intenso ou chuva forte podem perturbar a ligação de forma sensível.

Numa perspetiva prática, isto significa que as comunicações ópticas em grande escala provavelmente terão de ser apoiadas por estratégias de redundância. Em dias com mau tempo, os operadores poderão alternar entre vias ópticas e rádio, ou repartir o tráfego por várias estações terrestres em locais diferentes. A resiliência da rede será, portanto, tão importante quanto a velocidade bruta.

Termos explicados de forma simples: óptica adaptativa e modos de luz

A óptica adaptativa tem origem na astronomia. Os telescópios utilizam espelhos deformáveis para corrigir as distorções provocadas pela atmosfera nas imagens das estrelas. Sensores medem a intensidade dessa alteração e pequenos atuadores ajustam o espelho centenas de vezes por segundo. O resultado é uma imagem muito mais nítida - ou, no caso de Lijiang, um sinal de receção muito mais estável.

Os modos de luz podem ser entendidos, de forma simplificada, como diferentes “formas” de um feixe luminoso. Um laser não é apenas um ponto; pode transportar padrões complexos de intensidade e fase. Ao dividir esses padrões em várias formas fundamentais, criam-se canais paralelos que podem ser analisados separadamente. É precisamente este princípio que o conversor de luz multinível utiliza com os seus oito modos de base.

O que isto pode significar para as redes espaciais do futuro

O teste chinês mostra o quanto o papel das estações terrestres deverá crescer. Em vez de se limitarem a lançar para o espaço antenas maiores e emissores mais potentes, os engenheiros estão a deslocar parte da inteligência para a Terra. Óptica avançada, controlo em tempo real e processamento de sinal conseguem extrair muito mais de sinais fracos e distorcidos.

Combinadas com ligações laser entre satélites - que várias empresas do setor espacial já estão a testar -, estas tecnologias podem dar origem a uma nova geração de redes globais de dados. As plataformas geoestacionárias poderiam servir grandes áreas; as constelações em órbita baixa tratariam dos percursos curtos e dos saltos intermédios; e estações terrestres mais capazes agregariam tudo e ligariam essas capacidades às infraestruturas de fibra já existentes.

O ritmo com que estes sistemas chegam ao uso quotidiano não depende apenas de avanços técnicos, mas também de custos, regulação e segurança. Ainda assim, a ligação gigabit de 2 watts testada em Yunnan já demonstra uma coisa: quem quiser competir no espaço, no futuro, não irá vencer apenas com mais satélites, mas com lasers mais inteligentes e estações terrestres cada vez mais sofisticadas.