Communications optiques, transmettre des données à l'aide de lasers infrarouges, a le potentiel d'aider la NASA à renvoyer plus de données sur Terre que jamais. Les avantages de cette technologie pour les missions d'exploration et de sciences de la Terre sont énormes. A l'appui d'une mission de démonstration de cette technologie, La NASA a récemment terminé l'installation de sa nouvelle station optique au sol à Haleakala, Hawaii.

La station au sol à la pointe de la technologie, appelé Optical Ground Station 2 (OGS-2), est la deuxième des deux stations au sol optiques à être construites qui recueilleront les données transmises à la Terre par la démonstration de relais de communication laser (LCRD) de la NASA. Lancé début 2021, cette mission pionnière sera la clé de voûte du premier système de relais de communication optique opérationnel de la NASA. Alors que d'autres efforts de la NASA ont utilisé les communications optiques, ce sera le premier système de relais de la NASA utilisant entièrement l'optique, donnant à la NASA l'opportunité de tester cette méthode de communication et de tirer de précieux enseignements de sa mise en œuvre. Les satellites relais créent des liens de communication critiques entre les missions scientifiques et d'exploration et la Terre, permettant à ces missions de transmettre des données importantes aux scientifiques et aux chefs de mission de retour chez eux.

Alors que les communications optiques offrent aux missions de nombreux avantages, il peut être perturbé par des interférences atmosphériques telles que les nuages. OGS-2 a été choisi pour être situé à Hawaï en raison de son ciel clair, mais le mauvais temps peut encore arriver. Par une journée nuageuse, Le LCRD devrait attendre avant de transmettre des données. Afin d'éviter les retards, les services peuvent être transférés vers une autre station au sol développée par le Jet Propulsion Laboratory de la NASA ; OGS-1, situé à Table Mountain, Californie. Pour surveiller la couverture nuageuse et déterminer si OGS-1 est nécessaire, le partenaire commercial Northrop Grumman a fourni une station de surveillance atmosphérique qui observe les conditions météorologiques sur le site. Cette station de surveillance fonctionne de manière quasi-autonome 24h/24, sept jours sur sept.

LCRD et OGS-2 démontreront les nombreuses capacités de l'optique, ou laser, communications à utiliser comme relais de communication. Les communications optiques offrent des avantages significatifs pour les missions, y compris des augmentations de débit de données de 10 à 100 fois supérieures à celles des systèmes de communication radiofréquence comparables. Cette augmentation signifie des données de plus haute résolution pour les missions, donnant aux scientifiques un aperçu beaucoup plus détaillé de notre planète et de notre système solaire. Les avantages comprennent également une diminution des besoins en énergie, taille et poids, ce qui signifie une plus longue durée de vie de la batterie, plus de place pour des instruments supplémentaires sur les engins spatiaux et des économies de coûts potentielles au lancement grâce à des charges utiles plus légères.

"Le LCRD et ses stations au sol feront la démonstration des communications optiques comme relais, ce qui signifie que les missions pourront transmettre des données à partir de points de leur orbite sans visibilité directe des stations au sol, " a déclaré Dave Israël, Chercheur principal du LCRD au Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt, Maryland. "En 2013, La démonstration de communication laser lunaire de la NASA a établi un record de bande passante pour les communications spatiales depuis la Lune en utilisant des communications optiques avec un système nécessitant une ligne de vue directe. »

Le réseau spatial de la NASA gère l'intégration d'OGS-2, les tests et les opérations et exploitera à terme le LCRD. Le Space Network supervise une constellation de satellites de communication de la NASA, connus sous le nom de satellites de poursuite et de relais de données, et leurs stations au sol associées, qui comprend le complexe White Sands à White Sands, Nouveau Mexique. Le réseau fournit des services de communication continus aux missions en orbite terrestre basse par radiofréquence. Alors que la radiofréquence continuera d'avoir une utilité dans les communications spatiales dans le futur, les besoins de communication croissants de nombreuses missions nécessitent des débits de données plus élevés.

L'installation d'OGS-2 était un effort de collaboration entre le gouvernement, établissements commerciaux et universitaires. Le laboratoire Lincoln du Massachusetts Institute of Technology a fourni le terminal de test et de diagnostic, qui se compose de trois parties :un sous-système optique, sous-système numérique et électronique du contrôleur. Les trois composants envoient, recevoir et traiter des signaux optiques vers et depuis le LCRD.

Communications optiques, par le développement du LCRD et de ses deux terminaux au sol, pourrait avoir des impacts de grande envergure pour la connaissance future de la Terre et de notre système solaire. Les engins spatiaux équipés de systèmes de communication optique permettront efficacement des données améliorées, comme la vidéo haute résolution, être ramené sur Terre plus rapidement, grâce à des débits de données accrus. Avec ces données, les scientifiques examineront de plus près notre univers avec le potentiel de découvrir de nouvelles découvertes passionnantes.