Une antenne expérimentale a reçu à la fois des signaux laser radiofréquence et proche infrarouge du vaisseau spatial Psyche de la NASA alors qu'il voyage dans l'espace lointain. Cela montre qu'il est possible d'adapter les antennes paraboliques géantes du Deep Space Network (DSN) de la NASA, qui communiquent avec les vaisseaux spatiaux via des ondes radio, pour des communications optiques ou laser.
En intégrant davantage de données dans les transmissions, la communication optique permettra de nouvelles capacités d'exploration spatiale tout en prenant en charge le DSN à mesure que la demande sur le réseau augmente.
L'antenne hybride optique radiofréquence de 34 mètres (112 pieds), appelée Deep Space Station 13, suit le laser de liaison descendante de la démonstration technologique Deep Space Optical Communications (DSOC) de la NASA depuis novembre 2023. L'émetteur-récepteur laser de vol de la démonstration technologique voyage à bord du vaisseau spatial Psyché de l'agence, lancé le 13 octobre 2023.
L'antenne hybride est située au complexe de communications Goldstone Deep Space du DSN, près de Barstow, en Californie, et ne fait pas partie de l'expérience DSOC. Le DSN, le DSOC et Psyche sont gérés par le Jet Propulsion Laboratory de la NASA en Californie du Sud.
« Notre antenne hybride a pu se verrouiller et suivre avec succès et de manière fiable la liaison descendante DSOC peu de temps après le lancement de la démonstration technologique », a déclaré Amy Smith, directrice adjointe du DSN au JPL. "Il a également reçu le signal radiofréquence de Psyché, nous avons donc démontré pour la première fois des communications synchrones par radio et par fréquence optique dans l'espace lointain."
Fin 2023, l’antenne hybride a transmis des données à une distance de 20 millions de miles (32 millions de kilomètres) à un débit de 15,63 mégabits par seconde, soit environ 40 fois plus rapide que les communications par radiofréquence à cette distance. Le 1er janvier 2024, l'antenne a transmis une photo d'équipe qui avait été téléchargée sur DSOC avant le lancement de Psyché.
Afin de détecter les photons du laser (particules quantiques de lumière), sept miroirs segmentés ultra-précis ont été fixés à l'intérieur de la surface incurvée de l'antenne hybride. Ressemblant aux miroirs hexagonaux du télescope spatial James Webb de la NASA, ces segments imitent l'ouverture de collecte de lumière d'un télescope à ouverture de 3,3 pieds (1 mètre). Lorsque les photons laser arrivent à l'antenne, chaque miroir réfléchit les photons et les redirige avec précision vers une caméra à haute exposition fixée au sous-réflecteur de l'antenne suspendu au-dessus du centre de la parabole.
Le signal laser collecté par la caméra est ensuite transmis à travers une fibre optique qui alimente un détecteur de photons uniques à nanofils semi-conducteurs refroidi par cryogénie. Conçu et construit par le laboratoire de micro-appareils du JPL, le détecteur est identique à celui utilisé à l'observatoire Palomar de Caltech dans le comté de San Diego, en Californie, qui fait office de station au sol de liaison descendante du DSOC.
"Il s'agit d'un système optique à haute tolérance construit sur une structure flexible de 34 mètres", a déclaré Barzia Tehrani, responsable adjoint des systèmes de communication au sol et responsable de la livraison de l'antenne hybride au JPL. "Nous utilisons un système de miroirs, de capteurs précis et de caméras pour aligner et diriger activement le laser depuis l'espace profond vers une fibre atteignant le détecteur."
Téhéran espère que l’antenne sera suffisamment sensible pour détecter le signal laser envoyé depuis Mars à son point le plus éloigné de la Terre (2 ½ fois la distance du Soleil à la Terre). Psyché sera à cette distance en juin en route vers la ceinture principale d'astéroïdes entre Mars et Jupiter pour enquêter sur l'astéroïde riche en métaux Psyché.
Le réflecteur à sept segments de l'antenne est une preuve de concept pour une version plus grande et plus puissante à 64 segments, l'équivalent d'un télescope à ouverture de 8 mètres (26 pieds), qui pourrait être utilisée à l'avenir. /P>
DSOC ouvre la voie à des communications à débit de données plus élevé, capables de transmettre des informations scientifiques complexes, des vidéos et des images haute définition à l'appui du prochain pas de géant de l'humanité :envoyer des humains sur Mars. La démo technique a récemment diffusé la première vidéo ultra haute définition depuis l'espace lointain à des débits binaires record.
La modernisation des antennes radiofréquences avec des terminaux optiques et la construction d'antennes hybrides spécialement conçues pourraient être une solution au manque actuel d'infrastructure optique au sol dédiée. Le DSN dispose de 14 paraboles réparties dans des installations en Californie, à Madrid et à Canberra, en Australie. Les antennes hybrides pourraient s'appuyer sur les communications optiques pour recevoir de grands volumes de données et utiliser des fréquences radio pour des données moins gourmandes en bande passante, telles que la télémétrie (informations sur la santé et la position).
"Depuis des décennies, nous ajoutons de nouvelles fréquences radio aux antennes géantes du DSN situées dans le monde entier. La prochaine étape la plus réalisable consiste donc à inclure des fréquences optiques", a déclaré Tehrani. "Nous pouvons disposer d'un actif qui fait deux choses en même temps :convertir nos routes de communication en autoroutes et économiser du temps, de l'argent et des ressources."
Fourni par la NASA
