La sonde chinoise Chang'e-4 a marqué le premier atterrissage en douceur d'un vaisseau spatial sur la face cachée de la Lune, qui fait toujours face à la Terre. Pour communiquer avec les stations au sol, Chang'e-4 s'appuie sur Queqiao, un satellite de communication relais qui orbite un point derrière la Lune et relie la Terre et Chang'e-4. Dans une revue récente, les chercheurs expliquent la conception de Queqiao et décrivent l'avenir des systèmes de communication à relais lunaire.

En raison d'un phénomène appelé verrouillage gravitationnel, la Lune fait toujours face à la Terre du même côté. Cela s'est avéré utile dans les premières missions d'atterrissage lunaire au 20ème siècle, car il y avait toujours une ligne de vue directe pour les radiocommunications ininterrompues entre les stations terrestres et les équipements sur la Lune. Cependant, le verrouillage gravitationnel rend l'exploration de la face cachée de la lune - la face cachée - beaucoup plus difficile, car les signaux ne peuvent pas être envoyés directement à travers la Lune vers la Terre.

Toujours, en janvier 2019, La sonde lunaire chinoise Chang'e-4 a marqué la première fois qu'un vaisseau spatial a atterri sur la face cachée de la Lune. L'atterrisseur et le rover lunaire qu'il transportait ont collecté et renvoyé des images et des données de zones auparavant inexplorées. Mais comment la sonde Chang'e-4 communique-t-elle avec la Terre ? La réponse est Queqiao, un satellite de communication relais, explique le Dr Lihua Zhang de DFH Satellite Co., Ltd., Chine.

Comme expliqué par le Dr Zhang dans un article de synthèse récemment publié dans Espace :Science et technologie , Queqiao est un satellite sans précédent conçu spécifiquement dans un seul but :servir de pont entre la sonde Chang'e-4 et la Terre. Queqiao a été lancé en 2018 et mis en orbite autour d'un point "derrière" la Lune. Ce point est connu sous le nom de point de libration Terre-Lune 2, où un cas particulier d'équilibre gravitationnel permet à Queqiao de maintenir une orbite telle qu'elle a une ligne de vue directe presque constante avec la face cachée de la Lune et de la Terre. La mise en place du satellite sur cette orbite particulière a nécessité une planification et une gestion de maintenance minutieuses, et le succès de cette opération a créé un précédent pour les futures tentatives de mise en orbite de satellites autour d'autres points de libration Terre-Lune.

De sa place stable dans l'espace, Queqiao a aidé à guider les opérations d'atterrissage en douceur et de surface de la sonde Chang'e-4 et est depuis notre intermédiaire avec elle. Le satellite est équipé de deux types d'antennes différentes :une antenne parabolique et plusieurs antennes spirales. L'ancien, qui a un grand diamètre de 4,2 m, a été conçu pour envoyer et recevoir des signaux sur la bande X (7-8 GHz) vers et depuis le rover et l'atterrisseur à la surface de la Lune. Sa grande taille est liée aux niveaux de bruit attendus et à la faible intensité des transmissions qui sont émises par les équipements de surface.

D'autre part, les antennes spirales fonctionnent sur la bande S (2-4 GHz) et communiquent avec les stations terriennes terrestres, transmettre des commandes à l'équipement de surface lunaire et échanger des données de télémétrie et de suivi. Notamment, tous ces différents liens peuvent émettre et recevoir simultanément, rendant Queqiao très polyvalent. Le document de synthèse aborde d'autres considérations de conception importantes pour Queqiao et les futurs satellites relais, tels que l'utilisation de la transmission régénérative, les différents débits de liaison impliqués, et des systèmes de stockage de données lorsqu'aucune station terrestre n'est accessible.

Plus de deux ans d'exploration, une grande quantité de données a été reçue du rover et de l'atterrisseur via Queqiao. "Les scientifiques en Chine et dans d'autres pays ont mené des analyses et des recherches sur la base des données récupérées, et ils ont produit des résultats scientifiques précieux. Plus la durée de vie opérationnelle de Queqiao est longue, plus les résultats scientifiques seront atteints, " remarque le Dr Zhang. Sur la base des prédictions actuelles, Queqiao devrait être opérationnel sur l'orbite de la mission pendant au moins cinq ans.

Le Dr Zhang a également abordé les perspectives des futures missions lunaires et la manière dont les systèmes de communication relais devraient évoluer pour les soutenir. De nombreuses zones inexplorées sur la Lune, comme le plus grand cratère du pôle Sud, appel à plusieurs satellites relais pour maintenir des liaisons de communication constantes, ce qui représente un défi coûteux et chronophage. Mais et si les satellites relais étaient adaptés à plus d'une seule mission ? "Une infrastructure de communication et de navigation durable devrait être établie pour profiter à toutes les missions lunaires plutôt que de traiter chaque mission indépendamment, " commente le Dr Zhang. " Cette infrastructure doit adopter une architecture ouverte et extensible et fournir des interopérable, supportable en croix, et des services de communication compatibles, qui sont essentiels au succès des futures explorations lunaires. » Il est probable que les futurs efforts de l'autre côté de la Lune seront un test de notre capacité à coopérer pour dévoiler les secrets de notre satellite naturel.