La comunicación Tierra-Luna-Tierra ( EME ), también conocida como rebote lunar , es una técnica de comunicaciones por radio que se basa en la propagación de ondas de radio desde un transmisor basado en la Tierra dirigidas mediante reflexión desde la superficie de la Luna a un receptor basado en la Tierra .
El uso de la Luna como satélite pasivo de comunicaciones fue propuesto por W. J. Bray , de la Oficina General de Correos británica , en 1940. Se calculó que con las potencias de transmisión de microondas disponibles y los receptores de bajo ruido , sería posible enviar señales de microondas desde la Tierra y reflejarlas en la Luna. Se pensaba que sería posible al menos un canal de voz. [1]
En 1943, durante unos experimentos alemanes con equipos de medición de radio, se detectaron y reconocieron los reflejos de radar en la Luna, tal como informó el Dr. Ing. W. Stepp en la revista Der Seewart . Stepp observó una "perturbación" que "apareció, tuvo una duración de varios impulsos y una fuerza de impulso mayor que la de los objetivos cercanos más fuertes. No apareció hasta unos dos segundos después de encender el transmisor y desapareció (pulsantemente) correspondientemente más tarde después de apagarlo. Pero el resto de la imagen del eco apareció y desapareció en el momento de encender y apagar el transmisor. La "perturbación" solo se produjo cuando la antena estaba orientada hacia el este y desapareció inmediatamente después de un cambio importante de dirección, pero reapareció solo unos dos segundos después de girar de nuevo a la dirección original. Aparentemente, habíamos detectado la luna que se levantaba detrás de las nubes con el equipo. Esto explicaba la desaparición gradual de los impulsos por el cuerpo reflectante que se alejaba lentamente del haz fuertemente enfocado y orientado horizontalmente, a medida que se elevaba por encima del horizonte". [2]
Sin embargo, no fue hasta el final de la Segunda Guerra Mundial que se desarrollaron técnicas específicamente diseñadas para el propósito de hacer rebotar ondas de radar en la Luna para demostrar su uso potencial en defensa, comunicación y astronomía de radar . El primer intento exitoso se llevó a cabo en Fort Monmouth , Nueva Jersey, el 10 de enero de 1946, por un grupo con nombre en código Proyecto Diana , encabezado por John H. DeWitt . [3] Fue seguido menos de un mes después, el 6 de febrero de 1946, por un segundo intento exitoso, por un grupo húngaro liderado por Zoltán Bay . [4] El proyecto Communication Moon Relay que siguió condujo a usos más prácticos, incluido un enlace de teletipo entre la base naval de Pearl Harbor , Hawái y el cuartel general de la Armada de los Estados Unidos en Washington, D. C. En los días anteriores a los satélites de comunicaciones , un enlace libre de los caprichos de la propagación ionosférica fue revolucionario.
El desarrollo de los satélites de comunicación en la década de 1960 hizo que esta técnica quedara obsoleta. Sin embargo, los radioaficionados adoptaron la comunicación EME como pasatiempo; la primera comunicación de radioaficionados mediante rebote lunar tuvo lugar en 1953, y los radioaficionados de todo el mundo todavía utilizan la técnica. La compositora Pauline Oliveros utilizó el rebote lunar en su obra de 1987 Echoes from the Moon [5] , y en 2024 el músico alemán Hainbach experimentó con el rebote lunar y creó un complemento de audio para reproducir el efecto. [6]
Los radioaficionados utilizan la electromiografía para las comunicaciones bidireccionales . La electromiografía presenta desafíos importantes para los radioaficionados interesados en la comunicación con señales débiles. La electromiografía proporciona la ruta de comunicación más larga que pueden utilizar dos estaciones en la Tierra.
Las bandas de frecuencias de aficionados de 50 MHz a 47 GHz se han utilizado con éxito, pero la mayoría de las comunicaciones EME se realizan en las bandas de 2 metros , 70 centímetros o 23 centímetros . Los modos de modulación habituales son la onda continua con código Morse, la digital ( JT65 ) y, cuando los presupuestos del enlace lo permiten, la voz.
Los recientes avances en el procesamiento de señales digitales han permitido que los contactos EME, aunque con baja velocidad de datos, se produzcan con potencias del orden de 100 vatios y una única antena Yagi-Uda .
El Día Mundial del Rebote de la Luna, el 29 de junio de 2009, fue creado por Echoes of Apollo y celebrado en todo el mundo como un evento que precede al 40 aniversario del alunizaje del Apolo 11. Un momento destacado de las celebraciones fue una entrevista a través de la Luna con el astronauta del Apolo 8 Bill Anders , que también fue parte de la tripulación de respaldo del Apolo 11. La Universidad de Tasmania en Australia, con su antena parabólica de 26 metros (85'), pudo hacer rebotar una señal de datos en la superficie de la Luna que fue recibida por una gran antena en los Países Bajos, el Radio Observatorio Dwingeloo . La señal de datos se resolvió con éxito y estableció un récord mundial para la señal de datos de menor potencia devuelta desde la Luna con una potencia de transmisión de 3 milivatios, aproximadamente una milésima parte de la potencia de una lámpara de linterna . El segundo Día Mundial del Rebote de la Luna fue el 17 de abril de 2010, coincidiendo con el 40 aniversario de la conclusión de la misión Apolo 13.
En octubre de 2009, la artista multimedia Daniela de Paulis propuso a la asociación de radioaficionados CAMRAS, con sede en el Observatorio de Radio Dwingeloo, utilizar el rebote lunar para una transmisión de imágenes en directo. Como resultado de su propuesta, en diciembre de 2009, el operador de radio de CAMRAS Jan van Muijlwijk y el operador de radio Daniel Gautchi realizaron la primera transmisión de imágenes a través de la Luna utilizando el software de código abierto MMSSTV. De Paulis denominó a esta innovadora tecnología "Visual Moonbounce" y desde 2010 la ha utilizado en varios de sus proyectos artísticos, incluida la performance en directo denominada OPTICKS, durante la cual se envían imágenes digitales a la Luna y de regreso en tiempo real y se proyectan en directo.
Las ondas de radio se propagan en el vacío a la velocidad de la luz c , exactamente 299.792.458 m/s. El tiempo de propagación hasta la Luna y de regreso varía entre 2,4 y 2,7 segundos, con un promedio de 2,56 segundos (la distancia promedio de la Tierra a la Luna es de 384.400 km).
La Luna es casi esférica y su radio corresponde a unos 5,8 milisegundos de tiempo de propagación de las ondas. Las partes posteriores de un eco, reflejadas desde las características irregulares de la superficie cerca del borde del disco lunar, tienen un retraso con respecto al borde anterior de hasta el doble de este valor.
La mayor parte de la superficie de la Luna parece relativamente lisa en las longitudes de onda de microondas que se utilizan habitualmente para la radioemisión electromagnética de aficionados. La mayoría de los aficionados realizan contactos electromagnéticos por debajo de los 6 GHz, y las diferencias en la reflectividad de la Luna son algo difíciles de discernir por encima de 1 GHz.
Los reflejos lunares son, por naturaleza, cuasi especulares (como los de un rodamiento brillante). La energía útil para la comunicación se refleja principalmente desde una pequeña región cerca del centro del disco. La dispersión temporal efectiva de un eco no supera los 0,1 ms.
La polarización de la antena para estaciones EME debe tener en cuenta que la reflexión desde una superficie lisa conserva la polarización lineal pero invierte el sentido de las polarizaciones circulares .
En longitudes de onda más cortas, la superficie lunar parece cada vez más áspera, por lo que las reflexiones a 10 GHz y más contienen un componente difuso significativo , así como un componente cuasi especular. El componente difuso está despolarizado y puede considerarse como una fuente de ruido de sistema de bajo nivel. Porciones significativas del componente difuso surgen de regiones más alejadas hacia el borde lunar. La dispersión temporal media puede ser entonces de hasta varios milisegundos. Sin embargo, en todos los casos prácticos, la dispersión temporal es lo suficientemente pequeña como para no causar una distorsión significativa de la modulación de onda continua o interferencia entre símbolos en las modulaciones de modulación lenta que se utilizan comúnmente para EME digital. El componente difuso puede aparecer como ruido significativo a velocidades de datos de mensajes más altas.
La dispersión temporal de las ondas electromagnéticas tiene un efecto muy significativo. Los componentes de la señal reflejados desde diferentes partes de la superficie lunar recorren distancias diferentes y llegan a la Tierra con relaciones de fase aleatorias. A medida que cambia la geometría relativa de la estación transmisora, la estación receptora y la superficie lunar reflectora, los componentes de la señal a veces se suman y a veces se cancelan, dependiendo de su relación de fase , lo que crea grandes fluctuaciones de amplitud en la señal recibida. Estas variaciones de amplitud de "desvanecimiento por libración" están bien correlacionadas en el ancho de banda de coherencia (normalmente unos pocos kHz). Los componentes de desvanecimiento por libración están relacionados con la dispersión temporal de las señales reflejadas.
VHF
El efecto Doppler en la banda de 144 MHz es de 300 Hz al salir o al ponerse la Luna. El desfase Doppler se reduce a aproximadamente cero cuando la Luna está en lo alto. En otras frecuencias, existirán otros desfases Doppler. Al salir la Luna, las señales de retorno se desplazarán aproximadamente 300 Hz más arriba en frecuencia. A medida que la Luna atraviesa el cielo hasta un punto al sur o al norte, el efecto Doppler se acerca a cero. Al ponerse la Luna, se desplazan 300 Hz más abajo. Los efectos Doppler causan muchos problemas al sintonizar y captar señales de la Luna.
Los efectos de polarización pueden reducir la intensidad de las señales recibidas. Un componente es la alineación geométrica de las antenas de transmisión y recepción. Muchas antenas producen un plano de polarización preferido. Las antenas de las estaciones de transmisión y recepción pueden no estar alineadas desde la perspectiva de un observador en la Luna. Este componente está determinado por la alineación de las antenas y las estaciones pueden incluir una función para rotar las antenas para ajustar la polarización. Otro componente es la rotación de Faraday en la trayectoria Tierra-Luna-Tierra. El plano de polarización de las ondas de radio rota a medida que pasan a través de las capas ionizadas de la atmósfera terrestre. Este efecto es más pronunciado en frecuencias VHF más bajas y se vuelve menos significativo a 1296 MHz y más. Parte de la pérdida por desajuste de polarización se puede reducir utilizando un conjunto de antenas más grande (más elementos Yagi o una antena parabólica más grande). [7]
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