Vous pensiez que vos vitesses Internet étaient lentes ? Essayez d'être un scientifique de l'espace pendant une journée.

Les vastes distances impliquées réduiront les débits de données à un filet. Vous avez de la chance si un vaisseau spatial peut envoyer plus de quelques mégabits par seconde (Mbps), une somme dérisoire même selon les normes d'accès à distance.

Mais nous sommes peut-être à l'aube d'un changement. Tout comme le passage de l'accès commuté au haut débit a révolutionné Internet et fait des photos haute résolution et de la vidéo en streaming une évidence, La NASA pourrait être prête à subir un moment « large bande » similaire dans les années à venir.

La clé de cette révolution des données sera les lasers. Depuis près de 60 ans, la façon standard de "parler" aux engins spatiaux a été avec les ondes radio, idéales pour les longues distances. Mais les communications optiques, dans lequel les données sont diffusées par lumière laser, peut augmenter ce taux jusqu'à 10 à 100 fois.

Des débits de données élevés permettront aux chercheurs de rassembler des données scientifiques plus rapidement, étudier des événements soudains comme des tempêtes de poussière ou des atterrissages d'engins spatiaux, et même envoyer des vidéos depuis la surface d'autres planètes. La précision extrême des communications laser est également bien adaptée aux objectifs des planificateurs de mission de la NASA, qui cherchent à envoyer des engins spatiaux plus loin dans le système solaire.

"La technologie laser est idéale pour booster les communications descendantes depuis l'espace lointain, " dit Abi Biswas, le superviseur du groupe Optical Communications Systems au Jet Propulsion Laboratory de la NASA, Pasadéna, Californie. "Cela permettra à terme des applications telles que donner à chaque astronaute son propre flux vidéo, ou renvoyer une résolution plus élevée, images riches en données plus rapidement."

La science à la vitesse de la lumière

La radio et les lasers voyagent à la vitesse de la lumière, mais les lasers voyagent dans une bande passante de fréquence plus élevée. Cela leur permet de transporter plus d'informations que les ondes radio, ce qui est crucial lorsque vous collectez des quantités massives de données et que vous disposez de fenêtres de temps étroites pour les renvoyer sur Terre.

Un bon exemple est Mars Reconnaissance Orbiter de la NASA, qui envoie des données scientifiques à un maximum de 6 Mbps. Biswas a estimé que si l'orbiteur utilisait une technologie de communication laser avec une masse et une consommation d'énergie comparables à son système radio actuel, cela pourrait probablement augmenter le débit de données maximal à 250 Mbps.

Cela peut encore sembler étonnamment lent aux utilisateurs d'Internet. Mais sur Terre, les données sont envoyées sur des distances beaucoup plus courtes et via des infrastructures qui n'existent pas encore dans l'espace, donc il voyage encore plus vite.

L'augmentation des débits de données permettrait aux scientifiques de consacrer plus de temps à l'analyse qu'aux opérations des engins spatiaux.

"C'est parfait quand les choses vont vite et que vous voulez un ensemble de données dense, " a déclaré Dave Pieri, chercheur et vulcanologue au JPL. Pieri a dirigé des recherches antérieures sur la façon dont les communications laser pourraient être utilisées pour étudier les éruptions volcaniques et les incendies de forêt en temps quasi réel. "Si vous avez un volcan qui explose devant vous, vous voulez évaluer son niveau d'activité et sa propension à continuer à éclater. Plus tôt vous obtenez et traitez ces données, le meilleur."

Cette même technologie pourrait s'appliquer aux cryovolcans en éruption sur des lunes glacées autour d'autres planètes. Pieri a noté que par rapport à la transmission radio d'événements comme ceux-ci, "les communications laser augmenteraient la mise d'un ordre de grandeur."

Obscurcir l'avenir des lasers

Cela ne veut pas dire que la technologie est parfaite pour chaque scénario. Les lasers sont soumis à plus d'interférences des nuages ​​et d'autres conditions atmosphériques que les ondes radio; le pointage et le timing sont également des défis.

Les lasers nécessitent également une infrastructure au sol qui n'existe pas encore. Réseau de l'espace lointain de la NASA, un système de réseaux d'antennes répartis dans le monde entier, est entièrement basé sur la technologie radio. Il faudrait développer des stations au sol capables de recevoir des lasers dans des endroits où le ciel est dégagé de manière fiable.

La technologie radio ne va pas disparaître. Il fonctionne sous la pluie ou le beau temps, et continuera d'être efficace pour les utilisations à faibles données, comme la fourniture de commandes aux engins spatiaux.

Prochaines étapes

Deux missions à venir de la NASA aideront les ingénieurs à comprendre les défis techniques liés à la réalisation de communications laser dans l'espace. Ce qu'ils apprendront permettra aux lasers de devenir une forme courante de communication spatiale à l'avenir.

La démonstration de relais de communication laser (LCRD), dirigé par le Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt, Maryland, devrait être lancé en 2019. LCRD démontrera le relais de données à l'aide de la technologie laser et radiofréquence. Il émettra près de 25 signaux laser, 000 milles (40, 000 kilomètres) d'une station au sol en Californie à un satellite en orbite géostationnaire, puis relayez ce signal à une autre station au sol. JPL développe l'une des stations au sol à Table Mountain, dans le sud de la Californie. Tester les communications laser en orbite géostationnaire, comme le fera le LCRD, a des applications pratiques pour le transfert de données sur Terre.

Communications optiques dans l'espace lointain (DSOC), dirigé par JPL, devrait être lancé en 2023 dans le cadre d'une prochaine mission de découverte de la NASA. Cette mission, Psyché, volera vers un astéroïde métallique, tester les communications laser à une distance beaucoup plus grande que le LCRD.

La mission Psyche a été prévue pour transporter le dispositif laser DSOC à bord du vaisseau spatial. Effectivement, la mission DSOC tentera d'atteindre une cible à l'aide d'un laser de l'espace lointain - et en raison de la rotation de la planète, il touchera une cible mouvante, également.

Projets passés et futurs de la NASA impliquant des communications laser :

Nom :Démonstration de communications laser lunaire (LLCD)

Dirigé par:Goddard Space Flight Center

Année 2013

Objectif :était le premier système de communication bidirectionnelle de la NASA utilisant un laser au lieu d'ondes radio. Un débit de données de liaison montante sans erreur de 20 Mbps transmis d'une station au sol principale au Nouveau-Mexique à Lunar Atmosphere and Dust Environment Explorer (LADEE) de la NASA, un vaisseau spatial en orbite autour de la lune. A démontré un taux de liaison descendante sans erreur de 622 Mbps, l'équivalent de la diffusion en continu de 30 chaînes HDTV depuis la lune.

Nom :Charge utile optique pour la science des communications laser (OPALS)

Dirigé par :JPL

Année 2014

Objectif :Tester les communications laser depuis la Station spatiale internationale. Diffusé un fichier vidéo toutes les 3,5 secondes pour un total de 148 secondes. Avec les méthodes de liaison descendante traditionnelles, envoyer la vidéo de 175 mégabits une seule fois aurait pris 10 minutes.

Nom :Démonstration de relais de communication laser (LCRD)

Dirigé par:Goddard Space Flight Center

Année : 2019

Objectif :relayer les signaux laser entre les télescopes de Table Mountain, Californie, et à Hawaï grâce à un satellite relais en orbite géostationnaire pendant une période de démonstration de deux ans. Le système est conçu pour fonctionner jusqu'à cinq ans afin de prouver la fiabilité quotidienne des communications laser pour les futures missions de la NASA.

Nom :Communications optiques dans l'espace lointain (DSOC)

Dirigé par JPL

Année :2023

Objectif :tester les communications laser depuis l'espace lointain. Une prochaine mission de découverte de la NASA appelée Psyche s'envolera vers un astéroïde métallique à partir de 2023. Psyche devrait héberger un appareil laser appelé DSOC, qui transmettrait des données à un télescope de l'observatoire de Palomar Mountain en Californie.