Lorsque le rover Mars 2020 Perseverance de la NASA a atterri sur la planète rouge, le Deep Space Network (DSN) de l'agence était là, permettant à la mission d'envoyer et de recevoir les données qui ont permis de rendre l'événement possible. Lorsque OSIRIS-REx a prélevé des échantillons de l'astéroïde Bennu l'année dernière, la DSN a joué un rôle crucial, pas seulement en envoyant la séquence de commandes à la sonde, mais aussi en retransmettant ses superbes photos sur Terre.

Le réseau est l'épine dorsale des communications spatiales lointaines de la NASA depuis 1963, soutenir régulièrement 39 missions, avec plus de 30 missions de la NASA en développement. L'équipe derrière elle travaille maintenant dur pour augmenter la capacité, apporter un certain nombre d'améliorations au réseau qui contribueront à faire progresser l'exploration spatiale future.

Géré par le Jet Propulsion Laboratory de la NASA pour le programme de communications et de navigation spatiales, basé au siège de la NASA au sein de la Direction de la mission d'exploration et d'opérations humaines, c'est la DSN qui permet de suivre les missions, envoyer des commandes à, et recevoir des données scientifiques d'engins spatiaux lointains.

Le réseau se compose d'antennes de suivi à travers trois complexes régulièrement espacés dans le monde au complexe de Goldstone près de Barstow, Californie; à Madrid, Espagne; et à Canberra, Australie. En plus des missions d'accompagnement, les antennes sont régulièrement utilisées pour faire de la radio-science, étudier les planètes, trous noirs, et le suivi d'objets géocroiseurs.

« La capacité est une grande pression, et notre programme d'amélioration des antennes va y contribuer. Cela comprend la construction de deux nouvelles antennes, augmenter notre nombre de 12 à 14, " a déclaré Michael Levesque du JPL, directeur adjoint de la DSN.

Mises à niveau du réseau

En janvier 2021, la DSN a accueilli son 13e plat en famille. Nommée Deep Space Station 56 (DSS-56), cette nouvelle antenne parabolique de 34 mètres de large (112 pieds de large) à Madrid est une antenne "tout-en-un". Les antennes précédemment construites sont limitées dans les bandes de fréquences qu'elles peuvent recevoir et émettre, les restreignant souvent à communiquer avec des engins spatiaux spécifiques. Le DSS-56 a été le premier à utiliser toute la gamme de fréquences de communication de la DSN dès sa mise en ligne et peut communiquer avec toutes les missions que la DSN prend en charge.

Peu de temps après la mise en ligne du DSS-56, l'équipe DSN a réalisé 11 mois de mises à niveau critiques de la Deep Space Station 43 (DSS-43), l'antenne massive de 70 mètres (230 pieds) à Canberra. DSS-43 est la seule parabole dans l'hémisphère sud avec un émetteur assez puissant, et qui diffuse la bonne fréquence, envoyer des commandes au lointain vaisseau spatial Voyager 2, qui est maintenant dans l'espace interstellaire. Avec des émetteurs reconstruits et des équipements d'installations améliorés, Le DSS-43 servira le réseau pour les décennies à venir.

« Le rafraîchissement du DSS-43 a été un énorme accomplissement, et nous sommes en route pour nous occuper des deux prochaines antennes de 70 mètres à Goldstone et Madrid. Et nous avons continué à fournir de nouvelles antennes pour répondre à la demande croissante, le tout pendant COVID-19, " a déclaré Brad Arnold du JPL, directeur de la DSN.

Les améliorations font partie d'un projet pour répondre non seulement à la demande accrue, mais aussi l'évolution des besoins de la mission.

Les missions génèrent de plus en plus de données que par le passé. Le débit de données des engins spatiaux lointains a été multiplié par plus de 10 depuis les premières missions lunaires dans les années 1960. Alors que la NASA envisage d'envoyer des humains sur Mars, ce besoin de volumes de données plus élevés ne fera qu'augmenter.

Les communications optiques sont un outil qui peut aider à répondre à cette demande de volumes de données plus élevés en utilisant des lasers pour permettre une communication à bande passante plus élevée. Au cours des prochaines années, La NASA a plusieurs missions prévues pour démontrer les communications laser qui amélioreront la capacité de l'agence à explorer plus loin dans l'espace.

De nouvelles approches

Le réseau se concentre également sur de nouvelles approches de la façon dont il mène son travail. Par exemple, pour la majeure partie de l'histoire de la DSN, chaque complexe était exploité localement. Maintenant, avec un protocole appelé "Follow the Sun, " chaque complexe gère à tour de rôle l'ensemble du réseau pendant son quart de jour, puis passe le contrôle au complexe suivant à la fin de la journée dans cette région - essentiellement, une course mondiale de relais qui a lieu toutes les 24 heures.

Les économies de coûts qui en ont résulté ont été intégrées dans des améliorations d'antenne, et l'effort a également renforcé la coopération internationale entre les complexes. "Chaque site travaille avec les autres sites, pas seulement pendant les périodes de passation, mais aussi sur la maintenance et le fonctionnement des antennes un jour donné. Nous sommes vraiment devenus un réseau mondial, " dit Lévesque.

Le réseau a également mis en œuvre de nouvelles approches pour gérer les communications dans l'espace lointain. Par exemple, autrefois, si plusieurs engins spatiaux encerclant Mars devaient être entretenus en même temps, le réseau devrait pointer une antenne par vaisseau spatial vers Mars, utilisant potentiellement toutes les antennes d'un complexe donné. Avec un nouveau protocole, le DSN peut recevoir plusieurs signaux d'une seule antenne et les diviser dans le récepteur numérique. « Nous avons adapté cela des implémentations de télécommunications commerciales au profit de l'efficacité de notre réseau, " dit Arnold.

Un nouveau protocole supplémentaire permet aux opérateurs de superviser plusieurs activités simultanément. Traditionnellement, chaque activité d'engin spatial avait un seul opérateur dédié. Maintenant, le DSN utilise une approche qui tire parti de l'automatisation pour permettre à chaque opérateur de superviser simultanément plusieurs liaisons spatiales. Pour la première fois, la DSN peut désormais automatiser totalement le séquencement et l'exécution des passes de suivi, et l'effort continuera d'être renforcé au fil du temps.

"L'avenir de la DSN suivra l'esprit et la dynamique des missions scientifiques qui s'y déroulent. Il est de notre responsabilité de les rendre possibles. Et nous le faisons par le biais des communications, " dit Arnold.