Les ingénieurs de la NASA viennent d’établir un nouveau record impressionnant. Un instrument baptisé Deep Space Optical Communications (DSOC), qui fait partie de la mission Psyche, a réussi à communiquer avec un télescope californien à une distance de 16 millions de kilomètres de la Terre.
À première vue, ce chiffre n’a rien d’extraordinaire. Après tout, l’agence américaine parvient toujours à communiquer avec des appareils nettement plus éloignés, comme la sonde Voyager 1 qui est actuellement à 24 milliards de kilomètres de notre planète ! Pour comprendre ce qui rend les chercheurs enthousiastes, il faut s’intéresser au mode de communication de l’appareil. En effet, le DSOC est muni d’un système de communication optique ; il envoie des données à l’aide d’un laser.
C’est une différence significative par rapport à l’immense majorité des sondes et satellites actuels, qui se reposent sur les ondes radio. C’est un support qui a fait ses preuves depuis des décennies. Et pour cause : la communication radio est à la fois simple, extrêmement fiable, peu chère, et capable de traverser l’atmosphère sans dégradation du signal. Mais malgré ces avantages, cette approche commence aussi à se heurter à certaines limites.
Les ondes radio arrivent à bout de souffle
Pour commencer, les ondes radio sont particulièrement sensibles aux interférences. Celles-ci peuvent être d’origine artificielle ; le nombre de fréquences radio exploitables n’étant pas infini, plus on lance de satellites, plus il devient difficile d’ouvrir de nouveaux canaux de communication sans générer d’interférences. Elles peuvent aussi être d’origine naturelle, lorsqu’elles proviennent d’autres corps célestes qui émettent de grandes quantités d’ondes électromagnétiques.
En outre, transmettre un signal radio sur une très longue distance nécessite une grande quantité d’énergie. Un gros problème, sachant que ces engins disposent généralement d’un budget énergétique restreint. C’est particulièrement vrai pour les sondes les plus éloignées et les plus anciennes, pour lesquelles la production d’électricité est une préoccupation majeure.
Enfin, la bande passante des ondes radio ne leur permet de véhiculer qu’une quantité modeste de données. Ce n’était pas vraiment un problème jusqu’à présent. Mais les engins de nouvelle génération sont capables de produire des volumes de données énormes par rapport à leurs ancêtres. Par exemple, le vénérable Hubble transmet environ 2,7 GB de données par jour. Le Nancy Grace Roman Space Telescope, prochain bijou de la NASA attendu en 2027, devra transmettre… environ 500 fois plus sur la même période, soit 1375 GB par jour !
Les lasers, le futur de la communication spatiale
Les ondes radio risquent donc de devenir un facteur limitant. Avant d’en arriver là, les ingénieurs tâchent donc de développer de nouveaux systèmes qui ne souffrent pas de ces limites. Et dans ce contexte, la communication optique par laser est l’un des candidats les plus prometteurs.
Par définition, les lasers sont beaucoup plus focalisés que les ondes radio ; ils sont donc plus précis et un peu moins exposés aux interférences. Ces systèmes sont aussi moins énergivores que les puissants émetteurs radio des sondes les plus éloignées.
Mais surtout, il est possible d’y encoder beaucoup, beaucoup plus de données que dans une onde radio. Les ingénieurs y voient donc une piste très prometteuse pour partir à la conquête de l’espace profonde.
« La communication optique est une bénédiction pour les chercheurs qui veulent sans cesse pousser leurs missions plus loin », explique Jason Mitchell, directeur du laboratoire Advanced Communications and Navigation Technologies de la NASA. « Plus de données, ça veut dire plus de découvertes ! ».
Une précision chirurgicale
La technologie sous-jacente n’est pas encore parfaitement au point. Pour communiquer avec un laser en conditions réelles, il faut notamment réussir à synchroniser parfaitement l’émetteur et le récepteur. Et c’est tout sauf une mince affaire. Cela implique de viser un point précis à des millions de kilomètres tout en tenant compte du temps de trajet du signal, de la rotation de la terre, des mouvements de la sonde et des obstacles potentiels.
Vous l’aurez compris, la précision des lasers est une épée à double tranchant : il faut faire preuve d’une précision chirurgicale pour communiquer avec. C’est comme marquer un panier de basket à 150 mètres de distance depuis un véhicule lancé à toute vitesse.
C’est là qu’intervient le DSOC : c’est une plateforme expérimentale qui doit permettre d’amener ce concept à maturité. Lors de son tout premier test, il a réussi à pointer parfaitement son laser depuis la ceinture d’astéroïdes, à 16 millions de kilomètres — un record absolu pour un système de communication optique.
« Les systèmes ont détecté les photons du laser, et nous avons été capables de transmettre quelques données. En d’autres termes, nous avons pu échanger des “bits de lumière” entre la Terre et l’espace profond », se félicite Abi Biswas, ingénieur en chef du projet DSOC. « C’est un succès remarquable. »
Et il ne s’agit que d’un début. Sur les prochains mois, ils vont continuer de peaufiner ce système de ciblage pour établir une liaison stable, capable de transférer de gros volumes de données. Cela va nécessiter des efforts d’ingénierie encore plus importants — mais le jeu en vaut la chandelle. « C’était un défi formidable, mais il nous reste encore beaucoup de travail », prévient Trudy Kortes, directrice du département Démonstrations Technologiques de la NASA.
Il conviendra donc de suivre attentivement l’évolution de ce projet, qui servira sans doute de base aux sondes et télescopes révolutionnaires du futur.
🟣 Pour ne manquer aucune news sur le Journal du Geek, abonnez-vous sur Google Actualités. Et si vous nous adorez, on a une newsletter tous les matins.
Pas tout à fait, La propagation d’ondes radio demeurant par nature très éparse a contrario des lasers concentrés, subséquemment il en résulte justement a minima une dégradation relative du signal dans l’espace concernée et donc dans les différentes couches atmosphériques, ajouté aux interférences éventuelles avec d’autres type d’ondes électromagnétiques notamment diffusées par communication satellite.
Concernant la consommation énergétique c’est le contraire, pour une même qté de datas envoyées, les lasers sont biens plus gloutons niveau rendement énergétique et nécessitent plus de matériaux, malgré en effet c’est vrai, de moindres pertes d’informations à distance en raison de l’efficacité bien supérieure du transfert par laser. Et ce depuis les premiers prototypes OPALs à 50Mbits/s suivi des différents projets LLCD/ERDS jusqu’aux derniers projets récents que sont Orion/Artemis 2024, et le DSOC à quelques centaines de MBits/s en débit réel.
Pour la précision du panier de basket, me semble que c’est encore plus précis que ça. C’est ouf comme truc en effet.
Pour info SpaceX-Starlink n’utilise pas de techno laser pour l’envoi des données dans ses satellites de télécommunication à orbite basse.
Il manque à cette article l’information comme quoi avec l’affaiblissement du signal radio, ce signal se noie peu à peu dans le bruit de fond radio galactique. Des algorithmes permettent de le décoder même quand le rapport signal+bruit/bruit devient défavorable mais cela a des limites. L’emploi de fréquence pour lesquelles le bruit naturel est faible permet de repousser cette limite. Après il faut augmenter le bilan de liaison, et ça passe par une augmentation de puissance des émetteurs, une diminution du bruit intrinsèque des récepteurs (tête radio refroidie proche du 0K) et l’augmentation du gain des antennes donc leur taille.
Merci énormément pour vos recherche si précise. Cela me fait pensée que si l’homme peu aller toujours plus loing sans trouver la fin de l’univers, cela n’empêche pas l’exploration. Imaginons la puissance du “createur”.
Ils vont certainement mettre en place des satellites relais pour transmettre les données le plus efficacement possible