Les communications spatiales progressent rapidement, repoussant les frontières technologiques. La transmission de données sur de vastes distances constitue l’un des enjeux majeurs pour l’exploration du cosmos. Une innovation récente dans ce domaine captive l’attention de la communauté scientifique et élargit les possibilités pour les futures missions interplanétaires.
Un record de communication laser dans l’espace lointain
La démonstration technologique de communications optiques dans l’espace lointain (Deep Space Optical Communications) de la NASA a franchi un nouveau seuil cet été. Un signal laser a été envoyé depuis la Terre vers la sonde spatiale Psyche, située à environ 460 millions de kilomètres de distance. Cette prouesse technique équivaut à la communication avec Mars lorsque la planète rouge se trouve à son point le plus éloigné de la Terre.
Le 29 juillet 2024, peu après l’atteinte de ce jalon, la phase initiale des opérations de cette démonstration technologique s’est conclue. Le lancement de l’expérience avait été effectué le 13 octobre 2023, à bord de la sonde Psyche.
Meera Srinivasan, responsable des opérations du projet au Jet Propulsion Laboratory (JPL) de la NASA en Californie du Sud, a expliqué : «L’importance de ce jalon est considérable. La communication laser requiert un niveau de précision très élevé, et avant le lancement avec Psyche, l’ampleur de la dégradation des performances à nos distances les plus éloignées restait inconnue. Désormais, les techniques utilisées pour le suivi et le pointage ont été validées, confirmant que les communications optiques peuvent constituer un moyen robuste et transformateur d’explorer le système solaire.»
Une technologie d’avenir pour l’exploration spatiale
L’expérience de communications optiques dans l’espace lointain, gérée par le JPL, se compose d’un émetteur-récepteur laser embarqué et de deux stations au sol. Le télescope Hale historique de 5 mètres d’ouverture de l’Observatoire Palomar du Caltech, situé dans le comté de San Diego en Californie, sert de station de liaison descendante. L’émetteur-récepteur laser y envoie ses données depuis l’espace lointain. Le Laboratoire de télescope pour les communications optiques, installé dans les locaux du JPL à Table Mountain près de Wrightwood en Californie, fait office de station de liaison montante. Il peut transmettre une puissance laser de 7 kilowatts pour envoyer des données à l’émetteur-récepteur.
Les lasers permettent le transport de données à des débits jusqu’à 100 fois supérieurs à ceux des fréquences radio. Cette capacité rend possible la transmission d’informations scientifiques complexes ainsi que d’images et de vidéos haute définition. .
Des performances dépassant les attentes
Les données de la démonstration technologique sont envoyées vers et depuis Psyche sous forme de bits encodés dans la lumière proche infrarouge. Cette dernière possède une fréquence plus élevée que les ondes radio, permettant la concentration de davantage de données dans une transmission et l’atteinte de taux de transfert nettement supérieurs.
Même lorsque Psyche se trouvait à environ 53 millions de kilomètres – une distance comparable à l’approche la plus proche de Mars par rapport à la Terre – la démonstration technologique a pu transmettre des données au taux maximal du système, soit 267 mégabits par seconde. Ce débit s’apparente à celui d’une connexion Internet haut débit. À mesure que la sonde s’éloigne, le taux auquel elle peut envoyer et recevoir des données diminue, conformément aux prévisions.
Le 24 juin 2024, alors que Psyche se trouvait à environ 390 millions de kilomètres de la Terre – soit plus de 2,5 fois la distance entre notre planète et le Soleil – le projet a atteint un débit de données descendant soutenu de 6,25 mégabits par seconde, avec un taux maximal de 8,3 mégabits par seconde. Bien que ce débit soit nettement inférieur au maximum de l’expérience, il reste largement supérieur à ce qu’un système de communication par radiofréquence utilisant une puissance comparable peut réaliser sur cette distance.
Une expérience aux multiples facettes
L’objectif des communications optiques dans l’espace lointain consiste à démontrer une technologie capable de transmettre des données de manière fiable à des vitesses supérieures à celles d’autres technologies de communication spatiale, comme les systèmes de radiofréquence. Dans la poursuite de cet objectif, le projet a eu l’opportunité de tester des ensembles de données uniques tels que des œuvres d’art et des vidéos haute définition, en plus des données d’ingénierie de la sonde Psyche.
À titre d’exemple, une liaison descendante incluait des versions numériques des œuvres d’art «Psyche Inspired» de l’Université d’État de l’Arizona, des images des animaux de compagnie de l’équipe, ainsi qu’une vidéo ultra-haute définition de 45 secondes parodiant les mires de télévision du siècle précédent et représentant des scènes de la Terre et de l’espace.
La démonstration technologique a permis la transmission de la première vidéo ultra-haute définition depuis l’espace, mettant en scène un chat nommé Taters, de la sonde Psyche vers la Terre le 11 décembre 2023, à une distance de 19 millions de kilomètres. Les œuvres d’art, images et vidéos avaient été préalablement téléchargées sur Psyche et stockées dans sa mémoire avant le lancement.
Concernant les objectifs du projet, Abi Biswas, technologue du projet de démonstration au JPL, a déclaré : «Un objectif clé du système était de prouver que la réduction du débit de données était proportionnelle à l’inverse du carré de la distance. Cet objectif a été atteint et d’énormes quantités de données de test ont été transférées vers et depuis la sonde Psyche par laser.» Près de 11 térabits de données ont été transmis en liaison descendante au cours de la première phase de la démonstration.
L’émetteur-récepteur de vol est actuellement éteint et sera rallumé le 4 novembre 2024. Cette activité prouvera que le matériel de vol peut fonctionner pendant au moins un an.
Concernant les prochaines étapes, Ken Andrews, responsable des opérations de vol du projet au JPL, a conclu : «L’émetteur-récepteur laser de vol sera mis sous tension et une courte vérification de son fonctionnement sera effectuée. Une fois cet objectif atteint, l’utilisation de l’émetteur-récepteur à ses capacités de conception maximales pendant la phase post-conjonction, qui débutera plus tard dans l’année, pourra être envisagée.»
Légende illustration : Le vaisseau spatial Psyche de la NASA reçoit un signal laser de la station terrestre de liaison montante DSOC (Deep Space Optical Communications) située à Table Mountain Facility, au JPL, dans ce concept d’artiste. L’expérience DSOC se compose d’une station de liaison montante et d’une station de liaison descendante, ainsi que d’un émetteur-récepteur laser volant avec Psyche. NASA/JPL-Caltech
Source : NASA
