La comunicación Tierra-Luna-Tierra ( EME ), también conocida como rebote lunar , es una técnica de comunicación por radio que se basa en la propagación de ondas de radio desde un transmisor terrestre dirigido a través de la reflexión desde la superficie de la Luna hacia un transmisor terrestre . receptor .
El uso de la Luna como satélite de comunicaciones pasivo fue propuesto por WJ 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 transmitir señales de microondas desde Tierra y reflejarlos en la Luna. Se pensó que sería posible al menos un canal de voz. [1]
Los reflejos de radar de la Luna fueron recibidos y reconocidos como tales en 1943 durante experimentos alemanes con equipos de medición de radio, según informó el Dr. Ing. W. Stepp en la revista Der Seewart . Stepp notó 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 aproximadamente dos segundos después de encender el transmisor y desapareció (pulsantemente) más tarde después de apagándolo, pero el resto de la imagen del eco apareció y desapareció en el momento de encender/apagar el transmisor. La "perturbación" sólo ocurrió cuando la antena apuntaba hacia el este, y desapareció inmediatamente después de un cambio importante de dirección. , pero reapareció sólo unos dos segundos después de girar en la dirección original. Al parecer, habíamos detectado con el equipo la luna creciente detrás de las nubes. Esto explica la desaparición gradual de los impulsos debido al movimiento lento del cuerpo reflectante fuera de la zona fuertemente enfocada. haz apuntado, a medida que se eleva sobre el horizonte." [2]
Sin embargo, no fue hasta el final de la Segunda Guerra Mundial que se desarrollaron técnicas específicamente destinadas a 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 cuyo nombre en código era Proyecto Diana , encabezado por John H. DeWitt . [3] Le siguió menos de un mes después, el 6 de febrero de 1946, un segundo intento exitoso, por parte de 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 , Hawaii y el cuartel general de la Marina de los Estados Unidos en Washington, DC. En los días previos a los satélites de comunicaciones , un enlace libre de Los caprichos de la propagación ionosférica fueron revolucionarios.
El desarrollo de los satélites de comunicaciones en la década de 1960 hizo que esta técnica quedara obsoleta. Sin embargo, los radioaficionados adoptaron la comunicación EME como un pasatiempo; La primera comunicación de rebote lunar por radioaficionados tuvo lugar en 1953, y los aficionados de todo el mundo todavía utilizan esta técnica.
Los operadores de radioaficionados utilizan EME para comunicaciones bidireccionales . EME presenta desafíos importantes para los operadores aficionados interesados en la comunicación de señales débiles. EME proporciona la ruta de comunicaciones más larga que pueden utilizar dos estaciones en la Tierra.
Se han utilizado con éxito bandas de frecuencia de aficionados de 50 MHz a 47 GHz, pero la mayoría de las comunicaciones EME se realizan en las bandas de 2 metros , 70 centímetros o 23 centímetros . Los modos de modulación comunes son onda continua con código Morse, digital ( JT65 ) y cuando los presupuestos del enlace lo permiten, voz.
Los avances recientes en el procesamiento de señales digitales han permitido que los contactos EME, ciertamente con baja velocidad de datos, se realicen con potencias del orden de 100 vatios y una única antena Yagi-Uda .
El Día Mundial del Rebote Lunar, el 29 de junio de 2009, fue creado por Echoes of Apollo y se celebra en todo el mundo como un evento previo al 40 aniversario del alunizaje del Apolo 11 . Un punto culminante de las celebraciones fue una entrevista vía la Luna con el astronauta del Apolo 8 Bill Anders , que también formó parte de la tripulación de respaldo del Apolo 11. La Universidad de Tasmania en Australia con su plato de 26 metros (85') pudo rebotar una señal de datos de la superficie de la Luna que fue recibida por un gran plato en los Países Bajos, el Radio Observatorio Dwingeloo . La señal de datos se resolvió con éxito en datos estableciendo 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 Lunar 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 Radio Observatorio de Dwingeloo utilizar el rebote lunar para una transmisión de imágenes en vivo. A raíz de su propuesta, en diciembre de 2009, el operador de radio 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 llamó a la tecnología innovadora "Visual Moonbounce" y desde 2010 la ha estado utilizando en varios de sus proyectos artísticos, incluida la actuación en vivo llamada OPTICKS, durante la cual se envían imágenes digitales a la Luna y regresan en tiempo real y se proyectan en vivo.
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 a la Luna y viceversa oscila entre 2,4 y 2,7 segundos, con una media de 2,56 segundos (la distancia media 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 del tiempo de viaje de las ondas. Las partes posteriores de un eco, reflejadas desde las características irregulares de la superficie cerca del borde del disco lunar, se retrasan desde el borde anterior 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 típicas utilizadas por los aficionados a la EME. La mayoría de los aficionados hacen contactos EME por debajo de 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 casi especulares (como los de un rodamiento de bolas brillante). La energía útil para la comunicación se refleja principalmente desde una pequeña región cerca del centro del disco. La extensión temporal efectiva de un eco no supera los 0,1 ms.
La polarización de antena para estaciones EME debe considerar que la reflexión desde una superficie lisa preserva la polarización lineal pero invierte el sentido de las polarizaciones circulares .
En longitudes de onda más cortas, la superficie lunar parece cada vez más rugosa, 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 verse como una fuente de ruido del sistema de bajo nivel. Porciones significativas del componente difuso surgen de regiones más alejadas hacia el borde lunar. La diferencia de tiempo media puede llegar entonces a varios milisegundos. Sin embargo, en todos los casos prácticos, la dispersión de tiempo es lo suficientemente pequeña como para no causar una mancha significativa de la codificación CW o interferencia entre símbolos en las modulaciones de codificación lenta comúnmente utilizadas para EME digital. El componente difundido puede aparecer como un ruido significativo a velocidades de datos de mensajes más altas.
La dispersión horaria en las EME tiene un efecto muy significativo. Los componentes de la señal reflejados desde diferentes partes de la superficie lunar viajan diferentes distancias 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 reflectante, los componentes de la señal a veces se suman y a veces se cancelan, dependiendo de su relación de fase , creando grandes fluctuaciones de amplitud en la señal recibida. Estas variaciones de amplitud de "desvanecimiento por vibración" están bien correlacionadas en el ancho de banda de coherencia (normalmente unos pocos kHz). Los componentes del 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 ponerse la luna. La compensación Doppler se reduce a alrededor de cero cuando la Luna está encima. En otras frecuencias existirán otras compensaciones Doppler. Al salir la luna, las señales devueltas se desplazarán aproximadamente 300 Hz más en frecuencia. A medida que la Luna atraviesa el cielo hacia un punto hacia el sur o hacia el norte, el efecto Doppler se acerca a cero. Al ponerse la luna, se desplazan 300 Hz hacia abajo. Los efectos Doppler causan muchos problemas al sintonizar y fijar las 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 transmisora y receptora. Muchas antenas producen un plano de polarización preferido. Es posible que las antenas de las estaciones transmisoras y receptoras no estén alineadas desde la perspectiva de un observador en la Luna. Este componente se fija mediante 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 el camino Tierra-Luna-Tierra. El plano de polarización de las ondas de radio gira a medida que atraviesan las capas ionizadas de la atmósfera terrestre. Este efecto es más pronunciado en frecuencias VHF más bajas y se vuelve menos significativo a partir de 1296 MHz. Parte de la pérdida por desajuste de polarización se puede reducir utilizando un conjunto de antenas más grande (más elementos Yagi o un plato más grande). [5]
