Un nouveau type expérimental de technologie de communication dans l'espace lointain devrait être démontré sur la Station spatiale internationale ce printemps.

Actuellement, La NASA s'appuie sur les ondes radio pour envoyer des informations entre le vaisseau spatial et la Terre. La technologie de communication laser émergente offre des débits de données plus élevés qui permettent aux engins spatiaux de transmettre plus de données à la fois. Cette démonstration implique des communications par rayons X, ou XCOM, qui offre encore plus d'avantages.

Les rayons X ont des longueurs d'onde beaucoup plus courtes que l'infrarouge et la radio. Cela signifie que, en principe, XCOM peut envoyer plus de données pour la même quantité de puissance de transmission. Les rayons X peuvent diffuser en faisceaux plus serrés, utilisant ainsi moins d'énergie lors de la communication sur de grandes distances.

En cas de succès, l'expérience pourrait accroître l'intérêt pour la technologie des communications, ce qui pourrait permettre des débits de données en gigabits par seconde plus efficaces pour les missions dans l'espace lointain. Gigabits par seconde est un taux de transfert de données équivalent à un milliard de bits, ou des unités binaires simples, par seconde. Ces taux de transfert de données extrêmement rapides ne sont pas courants actuellement, mais de nouveaux projets de recherche ont poussé la capacité de calcul vers cette gamme pour certaines technologies.

« Nous avons attendu longtemps pour démontrer cette capacité, " a déclaré Jason Mitchell, ingénieur au Goddard Spaceflight Center de la NASA à Greenbelt, Maryland, qui a aidé à développer la démonstration technologique, qui repose sur un appareil appelé source de rayons X modulée, ou MXS.

« Pour certaines missions, XCOM peut être une technologie habilitante en raison des distances extrêmes où ils doivent fonctionner, ", a déclaré Mitchell.

Peut-être plus dramatiquement, au moins en ce qui concerne les vols spatiaux habités, Les rayons X peuvent percer la gaine de plasma chaude qui s'accumule lorsque les vaisseaux spatiaux traversent l'atmosphère terrestre à des vitesses hypersoniques. Le plasma agit comme un bouclier, couper les communications par radiofréquence avec tout ce qui se trouve à l'extérieur du véhicule pendant plusieurs secondes - une période de temps mordante décrite de manière dramatique dans le film, Apollo 13. Personne n'a jamais utilisé les rayons X dans un système de communication, bien que, ainsi d'autres applications non encore conçues pourraient voir le jour, dit Mitchell.

"Notre objectif pour l'avenir immédiat est de trouver des partenaires intéressés pour aider à développer davantage cette technologie, ", a déclaré Mitchell.

Encodage des bits numériques

Pour faire la démonstration de cette nouvelle technologie de communication, La NASA utilisera le MXS pour générer des impulsions de rayons X à tir rapide. Exploité par une autre technologie informatique et de navigation développée par Goddard appelée NavCube, MXS s'allumera et s'éteindra plusieurs fois par seconde lors de l'encodage des bits numériques pour la transmission.

A partir de la charge utile expérimentale, le dispositif MXS enverra ensuite les données encodées via les rayons X modulés aux détecteurs du Neutron-star Interior Composition Explorer, ou PLUS BEAU, qui est situé à 165 pieds - environ la largeur d'un terrain de football - sur la station spatiale. De cette façon, NICER devient le récepteur d'un signal radiographique unidirectionnel.

Bien que le premier test XCOM implique la transmission de signaux de type GPS, Mitchell a déclaré que l'équipe pourrait tenter de transmettre quelque chose de plus compliqué après la première tentative.

"Il est important que nous transmettions un code connu que nous pouvons identifier pour nous assurer que NICER reçoive le signal exactement de la manière dont nous l'avons envoyé, ", a déclaré Mitchell.

Bien que principalement conçu pour recueillir des données sur les objets les plus denses de l'univers - les étoiles à neutrons et leurs proches pulsants, connu sous le nom de pulsars—NICER a également été conçu pour démontrer une technologie de pointe. En plus de la démonstration XCOM, la mission a prouvé l'efficacité de la navigation aux rayons X dans l'espace, montrant en 2017 que les pulsars pouvaient être utilisés comme sources de synchronisation à des fins de navigation.

Au cours de cette manifestation de deux jours, que l'équipe NICER a réalisée avec une expérience appelée Station Explorer for X-ray Timing and Navigation Technology, ou SEXTANT, la mission a recueilli 78 mesures de quatre pulsars millisecondes. L'équipe a introduit ces données dans des algorithmes embarqués pour assembler de manière autonome une solution de navigation qui a révélé l'emplacement de NICER sur son orbite autour de la Terre en tant que charge utile de la station spatiale. Dans les huit heures suivant le début de l'expérience, le système a convergé vers un emplacement dans les 6,2 miles ciblés et est resté bien en dessous de ce seuil pour le reste de l'expérience.

La capacité de NICER à faire de la science et à démontrer les émergents, les technologies révolutionnaires ont attiré l'attention de ceux qui planifient la prochaine ère de vols spatiaux habités de la NASA. Les missions qui remplissent de multiples fonctions sont désormais considérées comme un modèle, dit Jake Bleacher, scientifique principal en exploration chargé d'identifier les domaines où les scientifiques de Goddard peuvent soutenir l'exploration humaine de la Lune et de Mars.

Patrimoine technologique

L'idée d'utiliser les rayons X pour communiquer et naviguer est née il y a plus de dix ans, lorsque le chercheur principal de NICER, Keith Gendreau, a commencé à travailler sur des technologies habilitantes pour un imageur de trou noir proposé visant à imager directement l'horizon des événements d'un trou noir supermassif ou le point de pas de retour où rien, ni particules ni photons, ne peut s'échapper.

L'idée était d'établir une constellation de vaisseaux spatiaux alignés avec précision qui créeraient essentiellement un interféromètre à rayons X, un instrument utilisé pour mesurer les déplacements des objets. Il a conçu l'idée d'utiliser des sources de rayons X comme balises pour permettre une navigation relative très précise. Grâce au financement de la recherche et du développement, il a développé le MXS.

Gendreau a alors pensé que s'il pouvait moduler les rayons X à travers un modulateur, il pouvait aussi communiquer, donnant ainsi naissance au concept de mission trois-en-un NICER.

La démonstration XCOM est gérée par le programme Space Communications and Navigation de la NASA au sein de la Human Exploration and Operations Mission Directorate. NICER est une mission d'opportunité d'astrophysique au sein du programme Explorers. La Direction de la mission des technologies spatiales soutient le volet SEXTANT de la mission, démonstration de la navigation des engins spatiaux à base de pulsar.