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    Communications dans l'espace lointain via des photons lointains

    Concept d'artiste du vaisseau spatial Psyche, qui mènera une exploration directe d'un astéroïde considéré comme un noyau planétaire dépouillé. Crédit :SSL/ASU/P. Rubin/NASA/JPL-Caltech

    Un vaisseau spatial destiné à explorer un astéroïde unique testera également un nouveau matériel de communication qui utilise des lasers au lieu d'ondes radio.

    Le package Deep Space Optical Communications (DSOC) à bord de la mission Psyche de la NASA utilise des photons - la particule fondamentale de la lumière visible - pour transmettre plus de données dans un laps de temps donné. L'objectif du DSOC est d'augmenter les performances et l'efficacité des communications des engins spatiaux de 10 à 100 fois par rapport aux moyens conventionnels, le tout sans augmenter le fardeau de la mission en masse, le volume, puissance et/ou spectre.

    Exploiter les avantages offerts par les communications laser devrait révolutionner les futures entreprises spatiales - un objectif majeur de la Direction des missions de technologie spatiale (STMD) de la NASA.

    Le projet DSOC développe des technologies clés qui sont intégrées dans un émetteur-récepteur laser de vol (FLT) digne de l'espace lointain, un travail de haute technologie qui fera progresser ce mode de communication jusqu'au niveau de maturité technologique (TRL) 6. Atteindre un niveau TRL 6 équivaut à avoir une technologie qui est un prototype entièrement fonctionnel ou un modèle de représentation.

    En tant que démonstration de technologie « changeante », DSOC est exactement cela. Le programme de développement de changement de jeu de la NASA STMD a financé la phase de développement technologique du DSOC. La démonstration en vol est cofinancée par STMD, le programme de mission de démonstration technologique (TDM) et NASA/HEOMD/Space Communication and Navigation (SCaN).

    Les travaux sur le package laser sont basés au Jet Propulsion Laboratory de la NASA à Pasadena, Californie.

    "Les choses s'annoncent raisonnablement et nous avons une quantité considérable d'activités de test en cours, " dit Abhijit Biswas, Technologue de projet DSOC en systèmes de communication de vol au JPL. La livraison du DSOC pour l'intégration au sein de la mission Psyché est prévue en 2021 avec le lancement du vaisseau spatial à l'été 2022, il explique.

    "Pensez à l'émetteur-récepteur laser de vol DSOC à bord de Psyche comme un télescope, " Biswas explique, capable de recevoir et de transmettre la lumière laser en rafales de photons synchronisées avec précision.

    L'architecture DSOC est basée sur la transmission d'une balise laser depuis la Terre pour aider à la stabilisation de la ligne de visée afin de rendre possible le pointage vers l'arrière d'un faisceau laser de liaison descendante. Le laser à bord du vaisseau spatial Psyché, Biswas dit, est basé sur un amplificateur de puissance maître-oscillateur qui utilise des fibres optiques.

    La balise laser au DSOC sera transmise depuis l'installation de Table Mountain du JPL située près de la ville de Wrightwood, Californie, dans la forêt nationale d'Angeles. Le faisceau de données de l'espace par DSOC sera reçu par un télescope au sol à grande ouverture de l'observatoire de Palomar Mountain en Californie, près de San Diego.

    Le dispositif de communication optique dans l'espace profond (DSOC) transmettra des débits de données élevés à un télescope à Palomar Mountain, Californie. Crédit :NASA/JPL-Caltech

    Biswas prévoit d'exploiter le DSOC peut-être 60 jours après le lancement, après le décollage du vaisseau spatial Psyche. Les essais de l'équipement laser se dérouleront sur des distances de 0,1 à 2,5 unités astronomiques (UA) sur la sonde vers l'extérieur. Une UA correspond à environ 150 millions de kilomètres, soit la distance entre la Terre et le Soleil.

    "Je suis très heureux d'être en mission, " dit Biswas, qui travaille sur la technologie des communications laser depuis la fin des années 1990. "C'est un privilège unique de travailler sur DSOC."

    La mission Psyche a été sélectionnée pour un vol début 2017 dans le cadre du programme Discovery de la NASA, une série de produits à moindre coût, missions spatiales robotiques hautement ciblées qui explorent le système solaire.

    Le vaisseau spatial sera lancé à l'été 2022 à 16 Psyché, un astéroïde métallique distinctif environ trois fois plus éloigné du soleil que la Terre. L'arrivée prévue de la sonde sur l'astéroïde de la ceinture principale aura lieu en 2026.

    Lindy Elkins-Tanton est directrice de la School of Earth and Space Exploration de l'Arizona State University à Tempe. Elle est l'investigatrice principale de la mission Psyché.

    "Je suis ravi que Psyche puisse piloter le package Deep Space Optical Communications, " dit Elkins-Tanton. " Tout d'abord, la technologie est époustouflante et elle fait ressortir tout mon geek intérieur. Qui ne veut pas communiquer avec des lasers, et multiplier la quantité de données que nous pouvons envoyer dans les deux sens ?"

    Elkins-Tanton ajoute que le rapprochement des vols spatiaux robotiques et humains est essentiel pour l'avenir spatial de l'humanité. « Le fait d'avoir notre technologie de test de mission robotique qui, nous l'espérons, nous aidera éventuellement à communiquer avec des personnes dans l'espace lointain est une excellente intégration des missions de la NASA et de tous nos objectifs, " elle dit.

    En concevant un simple, vaisseau spatial de grand héritage pour faire l'exploration passionnante du monde métallique Psyché, "Je trouve à la fois la propulsion électrique solaire et les communications optiques dans l'espace profond pour me sentir futuriste à l'extrême. Je suis fier de la NASA et de notre communauté technique pour avoir rendu cela possible, " conclut Elkins-Tanton.

    Biswas explique que DSOC est une expérience d'éclaireur. L'avenir est bel et bien prometteur pour la technologie, Il suggère, comme la mise en place d'une infrastructure de télécommunications performante autour de Mars.

    « Cela permettrait d'aider les astronautes à se rendre et éventuellement à atterrir sur Mars, " Biswas a dit. " Les communications laser augmenteront considérablement cette capacité. La possibilité de renvoyer de Mars vers la Terre beaucoup d'informations, y compris le streaming d'images haute définition, va être très habilitant."


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