La communication laser spatiale utilise des lasers comme support d'informations. Par rapport à la communication micro-ondes traditionnelle, elle offre des avantages significatifs, notamment une bande passante élevée, une vitesse rapide, une précision directionnelle élevée, une sécurité renforcée et un équipement léger. Cependant, sur des distances spatiales de plusieurs centaines de milliers de kilomètres, la communication laser est depuis longtemps confrontée à trois défis techniques majeurs, souvent appelés les « trois montagnes » : une difficulté extrême dans l'alignement précis du faisceau, une atténuation sévère du signal et une difficulté à augmenter les taux de transmission.
Dirigée par le Centre d’ingénierie et de technologie des applications spatiales de l’Académie chinoise des sciences et en collaboration avec le laboratoire du Zhejiang, les observatoires du Yunnan et l’Institut des microsystèmes et des technologies de l’information de Shanghai, l’équipe de recherche a passé cinq ans à surmonter ces trois obstacles majeurs.
Premièrement, résoudre le « défi de l’alignement ». La communication Terre-Lune est souvent comparée à « enfiler une aiguille à une distance de 400 000 kilomètres ». Même une déviation angulaire microscopique à l’extrémité émettrice peut entraîner une erreur de position de plusieurs kilomètres une fois la cible atteinte. Pour résoudre ce problème, l'équipe a innové une solution d'acquisition et de suivi bidirectionnelle-conçue pour des distances ultra-et des signaux extrêmement faibles. En calculant et en calibrant de manière exhaustive les orbites des satellites, les erreurs d'installation et de déformation du télescope, la réfraction atmosphérique et le temps de vol du laser -, ils ont garanti que le satellite et le télescope au sol maintenaient un alignement de haute -précision lorsqu'ils étaient en mouvement.
Deuxièmement, surmonter le problème du « signal faible ». Après avoir parcouru 400 000 kilomètres, le signal laser atteignant le sol est réduit à quelques photons seulement et est très sensible aux interférences des bruits de fond tels que le clair de lune, la lumière des étoiles et les lumières de la ville. Pour relever ce défi extrême, l'équipe s'est appuyée sur une technologie de détection de photons simples supraconducteurs à grande vitesse-développée indépendamment et sur une série d'algorithmes complexes de traitement du signal de communication-à haute sensibilité. Cela leur a permis d'extraire avec succès le signal valide à partir d'énormes quantités de bruit-équivalent à entendre avec précision une mouche tomber dans une ville animée et bruyante à des milliers de kilomètres de distance.
Enfin, briser la barrière de la « communication lente ». Pour atteindre des débits de données élevés dans des conditions de rapport signal-sur-bruit extrêmement faibles, l'équipe a développé une technologie de traitement de communication à bande passante élevée-très efficace, capable de reconnaître le temps au niveau de la picoseconde-. Ils ont adopté une modulation de position d'impulsion d'ordre élevé et des schémas de traitement du signal très fiables, complétés par de solides stratégies de codage de correction d'erreur pour lutter contre le bruit. Ce test a initialement atteint une vitesse de liaison montante de 1,25 Mbps (mégabits par seconde) et une vitesse de liaison descendante de 100 Mbps. Par exemple, le téléchargement d'une image de la surface lunaire en haute définition 8K-a pris environ 4 à 5 minutes en utilisant une liaison micro-ondes traditionnelle de 5 Mbit/s. Grâce à la nouvelle communication laser de classe 100 Mbit/s-, le temps de transmission a été considérablement réduit à seulement 12 secondes, soit une efficacité multipliée par près de 20.
Actuellement, cette « autoroute de l’information » entre la Terre et la Lune est pleinement établie. Alors que l'exploration lunaire mondiale et les missions d'atterrissage lunaire en équipage s'accélèrent, l'espace cislunaire est sur le point de connaître une « explosion de données ». Cette nouvelle liaison laser bidirectionnelle-à haute vitesse-fournira non seulement une nouvelle méthode de transmission d'informations stable et à grande vitesse-pour les missions futures, prenant en charge le retour en-en temps réel de vidéos lunaires haute-définition et de quantités massives de données scientifiques, mais soutiendra également fortement la Chine dans la réalisation de percées plus originales dans la science et les applications spatiales.
