Les satellites prennent de plus en plus d'importance dans nos vies, car ils nous aident à répondre à une demande de plus de données, échangés à des vitesses plus élevées. C'est pourquoi nous explorons de nouvelles façons d'améliorer la communication par satellite.

La technologie satellitaire est utilisée pour naviguer, prévoir la météo, surveiller la Terre depuis l'espace, recevoir des signaux TV de l'espace, et connectez-vous à des endroits éloignés grâce à des outils tels que les téléphones satellites et les satellites Sky Muster de NBN.

Toutes ces communications utilisent des ondes radio. Ce sont des ondes électromagnétiques qui se propagent dans l'espace et, jusqu'à un certain point, à travers des obstacles tels que des murs.

Chaque système de communication utilise une bande de fréquence qui lui est allouée, et chaque bande fait partie du spectre électromagnétique – qui est le nom donné à la gamme de tous les types de rayonnement électromagnétique.

Mais le spectre électromagnétique que nous sommes capables d'utiliser avec la technologie actuelle est une ressource finie, et est maintenant complètement occupé. Cela signifie que les anciens services doivent faire place aux nouveaux, ou des bandes de fréquences supérieures doivent être utilisées.

Bien que cela pose des défis technologiques, une voie prometteuse est la communication optique.

Communication avec des lasers

Au lieu d'utiliser des ondes radio pour transmettre l'information, nous pouvons utiliser la lumière des lasers comme vecteur. Bien que techniquement encore partie du spectre électromagnétique, les fréquences optiques sont nettement plus élevées, ce qui signifie que nous pouvons les utiliser pour transférer des données à des vitesses plus élevées.

Cependant, un inconvénient est qu'un laser ne peut pas se propager à travers les murs, et peut même être bloqué par les nuages. Bien que cela soit problématique sur Terre, et pour la communication entre les satellites et la Terre, ce n'est pas un problème pour la communication entre satellites.

Sur Terre, la communication optique via des câbles à fibres optiques relie les continents et fournit d'énormes échanges de données. C'est la technologie qui permet au cloud d'exister, et les services en ligne à fournir.

La communication optique entre satellites n'utilise pas de câbles à fibres optiques, mais implique la propagation de la lumière dans l'espace. C'est ce qu'on appelle la "communication optique en espace libre, " et peut être utilisé non seulement pour fournir des données de satellites au sol, mais aussi pour connecter des satellites dans l'espace.

En d'autres termes, La communication optique en espace libre fournira la même connectivité massive dans l'espace que nous avons déjà sur Terre.

Certains systèmes comme le système européen de relais de données sont déjà opérationnels, et d'autres comme Starlink de SpaceX continuent d'être développés.

Mais il reste encore de nombreux défis à relever, et nous sommes limités par la technologie actuelle. Mes collègues et moi travaillons sur la fabrication optique, ainsi que la radiofréquence, liaisons de données encore plus rapides et sécurisées.

CubeSats

Jusque là, beaucoup d'efforts ont été consacrés à la recherche et au développement de la technologie des radiofréquences. C'est ainsi que nous savons que les débits de données sont à leur limite physique la plus élevée et ne peuvent pas être augmentés davantage.

Alors qu'une seule liaison radiofréquence peut fournir des débits de données de 10 Gbit/s avec de grandes antennes, une liaison optique peut atteindre des débits 10 à 100 fois supérieurs, utilisant des antennes 10 à 100 fois plus petites.

Ces petites antennes sont en fait des lentilles optiques, et leur taille compacte leur permet d'être intégrés dans de petits satellites appelés CubeSats.

Les CubeSats ne sont pas plus grands qu'une boîte à chaussures ou un grille-pain, mais peut utiliser des liaisons de données à grande vitesse vers d'autres satellites ou le sol.

Ils sont actuellement utilisés pour un large éventail de tâches, notamment l'observation de la Terre, communications et expériences scientifiques dans l'espace. Et bien qu'ils ne soient pas en mesure de fournir tous les services depuis l'espace, ils jouent un rôle important dans les systèmes satellitaires actuels et futurs.

Un autre avantage de la communication optique est une sécurité accrue. La lumière d'un laser forme un faisceau étroit, qui doit être pointé d'un expéditeur à un destinataire. Comme ce faisceau est très étroit, la communication n'interfère pas avec les autres récepteurs et c'est très dur, sinon impossible, pour écouter la communication. Cela rend les systèmes optiques plus sûrs que les systèmes radio électromagnétiques.

La communication optique peut également être utilisée pour la distribution de clés quantiques. Cette technologie permet l'échange en toute sécurité des clés de cryptage pour des communications sûres.

Que pouvons-nous attendre de cela?

Bien qu'il soit passionnant de développer des systèmes pour l'espace, et pour lancer des satellites, le réel avantage des systèmes satellitaires se fait sentir sur Terre.

La communication à haut débit fournie par les liaisons de données optiques améliorera la connectivité pour nous tous. Notamment, les zones reculées qui ont actuellement des connexions relativement lentes bénéficieront d'un meilleur accès à la santé à distance et à l'apprentissage à distance.

De meilleures liaisons de données nous permettront également de fournir des images et des vidéos depuis l'espace avec moins de retard et une résolution plus élevée. Cela améliorera la façon dont nous gérons nos ressources, y compris l'eau, Agriculture et foresterie.

Ils fourniront également des informations vitales en temps réel dans les scénarios de catastrophe tels que les feux de brousse. Les applications potentielles de la technologie de communication optique sont vastes.

Regrouper les connaissances

Travailler dans la communication optique par satellite est un défi, car il combine de nombreux domaines et domaines de recherche, y compris les télécommunications, photonique et fabrication.

Actuellement, notre technologie est loin d'atteindre ce qui est théoriquement possible, et il y a une grande marge d'amélioration. C'est pourquoi l'accent est mis sur la collaboration.

En Australie, il y a deux grands programmes qui facilitent cela :l'Agence spatiale australienne dirigée par le gouvernement fédéral, et le Centre de Recherche Coopératif SmartSat (CRC), également soutenu par le gouvernement fédéral.

Grâce au programme SmartSat CRC, mes collègues et moi allons passer les sept prochaines années à nous attaquer à une série de problèmes de recherche appliquée dans ce domaine.

Cet article est republié à partir de The Conversation sous une licence Creative Commons. Lire l'article original.