La NASA expérimente avec succès des antennes optiques, ouvrant ainsi un nouveau chapitre dans les communications laser dans l'espace lointain

Récemment, la NASA a annoncé qu'une antenne hybride de son Deep Space Network (DSN) avait réussi à suivre et décoder les signaux laser proche infrarouge du vaisseau spatial « Prosaic ».
Cette antenne expérimentale a non seulement la capacité de recevoir des signaux RF, mais a également réalisé avec succès la réception et le traitement de signaux optiques, ce qui offre de nouvelles possibilités pour le développement de la technologie de communication laser dans l'espace lointain.
Dans cette expérience, l'antenne a réussi à se verrouiller sur les signaux laser RF et proche infrarouge émis par le vaisseau spatial Psyker lors de son vol dans les profondeurs de l'espace, démontrant le potentiel de l'antenne parabolique géante du DSN pour passer aux communications optiques/laser. Cette transition améliorera non seulement l’exploration spatiale, mais fournira également un support plus robuste aux réseaux spatiaux lointains à mesure que les besoins du réseau augmentent.
L'antenne hybride, nommée Deep Space Station 13, est située au Goldstone Deep Space Communications Center, près de Barstow, en Californie. Depuis novembre 2023, il suit les lasers de liaison descendante pour la démonstration technologique Deep Space Optical Communications (DSOC) de la NASA. L'émetteur-récepteur laser volant destiné à cette démonstration technologique se trouve à bord du lancement du vaisseau spatial Psyker par l'agence le 13 octobre 2023.
Les programmes DSN, DSOC et Psyche sont tous gérés par le Jet Propulsion Laboratory (JPL) de la NASA en Californie du Sud. "Peu de temps après le lancement de la démonstration technologique, notre antenne hybride s'est verrouillée avec succès et de manière fiable sur la liaison descendante DSOC et a capté le signal radiofréquence Psyché. Il s'agit d'une étape importante pour nos premières communications synchronisées par radio et par fréquence optique dans l'espace lointain."
Fin 2023, l'antenne hybride a téléchargé des données du vaisseau spatial Pursek, situé à 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 radiofréquence sur le globe. même distance. Le 1er janvier 2024, l'antenne avait téléchargé avec succès une autre photo d'équipe qui avait été téléchargée sur DSOC avant le lancement du Psyker.
Mécanismes spécifiques
Pour permettre la détection des photons laser, sept miroirs segmentés ultra-précis sont montés à l'intérieur de l'antenne hybride. Ces miroirs imitent l'ouverture de collecte de lumière d'un télescope à ouverture de 3,3-pieds (1-mètres), et lorsque les photons laser atteignent l'antenne, chaque miroir réfléchit les photons et les redirige précisément vers un point de vue élevé. caméra d'exposition. Les signaux laser collectés par la caméra sont ensuite transmis via fibre optique à un détecteur monophotonique à nanofils à semi-conducteur refroidi cryogéniquement, conçu et construit par le Microdevice Laboratory du Jet Propulsion Laboratory (JPL).
Barzia Tehrani, directeur adjoint et responsable de la livraison du JPL pour les systèmes de communications au sol à antennes hybrides, a déclaré : « Il s'agit d'un système optique hautement compatible construit sur une structure flexible de 34-mètres. Nous utilisons un système de miroirs, de capteurs de précision et de caméras pour alignez et guidez activement la lumière laser depuis l'espace profond vers la fibre optique qui atteint le détecteur.
Il a également révélé que l'équipe espère que l'antenne sera capable à l'avenir de détecter les signaux laser émanant de Mars à son point le plus éloigné de la Terre (2,5 fois la distance du Soleil à la Terre). Psyker atteindra cette distance en juin, se rendant dans la ceinture principale d'astéroïdes entre Mars et Jupiter pour étudier l'astéroïde riche en métaux Psyker.
Le miroir à sept segments sur l'antenne est une preuve de concept qui permettra l'utilisation future d'un miroir à segments 64- beaucoup plus grand et plus puissant, l'équivalent d'un 26- pied ({{ 6}}mètre) télescope à ouverture.
Solutions d'infrastructures
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, en soutien au prochain pas de géant de l'humanité : envoyer des humains sur Mars. Une récente démonstration de cette technologie a permis de transmettre avec succès la première vidéo ultra haute définition depuis l'espace à un débit binaire record, marquant une avancée majeure dans les communications dans l'espace lointain.
Le DSN (Deep Space Network) compte 14 sites dans le monde, situés en Californie, à Madrid et à Canberra, en Australie. Ces antennes hybrides sont capables de recevoir de grandes quantités de données à l'aide de communications optiques, complétées par des fréquences radio pour recevoir des données à plus petite bande passante, telles que des données de télémétrie (y compris des informations sur l'état et la position des engins spatiaux).