La démonstration de communications optiques de la NASA envoie des données sur 140 millions de kilomètres

L’expérience Deep Space Optical Communications de la NASA s’est également interfacée pour la première fois avec le système de communication du vaisseau spatial Psyché, transmettant des données techniques à la Terre.

À bord du vaisseau spatial Psyché de la NASA, la démonstration technologique de communications optiques dans l’espace profond de l’agence continue de battre des records. Bien que le vaisseau spatial à destination de l’astéroïde ne s’appuie pas sur les communications optiques pour envoyer des données, la nouvelle technologie a prouvé qu’elle était à la hauteur. Après s’être interfacée avec l’émetteur radiofréquence de Psyché, la démonstration de communications laser envoie une copie des données techniques à plus de 140 millions de miles (226 millions de kilomètres), soit 1½ fois la distance entre la Terre et le Soleil.

Cette réalisation donne un aperçu de la manière dont les vaisseaux spatiaux pourraient utiliser les communications optiques à l’avenir, permettant des communications à plus haut débit d’informations scientifiques complexes ainsi que des images et des vidéos haute définition à l’appui du prochain pas de géant de l’humanité : envoyer des humains sur Mars.

“Nous avons transmis environ 10 minutes de données dupliquées du vaisseau spatial lors d’un passage le 8 avril”, a déclaré Meera Srinivasan, responsable des opérations du projet au Jet Propulsion Laboratory de la NASA en Californie du Sud. « Jusque-là, nous envoyions des données de test et de diagnostic via nos liaisons descendantes depuis Psyché. Cela représente une étape importante pour le projet en montrant comment les communications optiques peuvent s’interfacer avec le système de communication radiofréquence d’un vaisseau spatial.

La technologie de communication laser présentée dans cette démonstration est conçue pour transmettre des données depuis l’espace lointain à des vitesses 10 à 100 fois plus rapides que les systèmes de radiofréquence de pointe utilisés aujourd’hui par les missions dans l’espace lointain.

Après son lancement le 13 octobre 2023, le vaisseau spatial reste sain et stable alors qu’il se dirige vers la ceinture principale d’astéroïdes entre Mars et Jupiter pour visiter l’astéroïde Psyché.

Dépasser les attentes

La démonstration de communications optiques de la NASA a montré qu’elle peut transmettre des données de test à un débit maximum de 267 mégabits par seconde (Mbps) à partir du laser de liaison descendante proche infrarouge de l’émetteur-récepteur laser de vol – un débit binaire comparable aux vitesses de téléchargement Internet haut débit.

Cet objectif a été atteint le 11 décembre 2023, lorsque l’expérience a transmis une vidéo ultra haute définition de 15 secondes vers la Terre à une distance de 19 millions de miles (31 millions de kilomètres, soit environ 80 fois la distance Terre-Lune). La vidéo, ainsi que d’autres données de test, y compris des versions numériques de l’illustration inspirée de Psyche de l’Arizona State University, avaient été chargées sur l’émetteur-récepteur laser de vol avant le lancement de Psyche l’année dernière.

Maintenant que le vaisseau spatial est plus de sept fois plus éloigné, la vitesse à laquelle il peut envoyer et recevoir des données est réduite, comme prévu. Lors du test du 8 avril, le vaisseau spatial a transmis des données de test à un débit maximum de 25 Mbps, ce qui dépasse de loin l’objectif du projet consistant à prouver qu’au moins 1 Mbps était possible à cette distance.

L’équipe du projet a également ordonné à l’émetteur-récepteur de transmettre optiquement les données générées par Psyché. Pendant que Psyché transmettait des données sur son canal radiofréquence au Deep Space Network (DSN) de la NASA, le système de communication optique transmettait simultanément une partie des mêmes données au télescope Hale de l’observatoire Palomar de Caltech dans le comté de San Diego, en Californie – le principal objectif de la démonstration technologique. station au sol de liaison descendante.

“Après avoir reçu les données du DSN et de Palomar, nous avons vérifié les données optiquement descendantes au JPL”, a déclaré Ken Andrews, responsable des opérations aériennes du projet au JPL. “Il s’agissait d’une petite quantité de données transmises sur une courte période, mais le fait que nous le fassions maintenant a dépassé toutes nos attentes.”

Amusez-vous avec les lasers

Après le lancement de Psyché, la démo de communications optiques a été initialement utilisée pour relier des données préchargées, y compris la vidéo Taters le chat. Depuis lors, le projet a prouvé que l’émetteur-récepteur peut recevoir des données du laser de liaison montante haute puissance situé dans les installations du JPL à Table Mountain, près de Wrightwood, en Californie. Les données peuvent même être envoyées à l’émetteur-récepteur, puis renvoyées vers la Terre la même nuit, comme le projet l’a prouvé lors d’une récente « expérience de redressement ».

Cette expérience a transmis des données de test – ainsi que des photographies numériques d’animaux de compagnie – à Psyché et vice-versa, un aller-retour pouvant atteindre 280 millions de miles (450 millions de kilomètres). Il a également transmis de grandes quantités de données techniques de la démonstration technologique pour étudier les caractéristiques de la liaison de communication optique.

“Nous avons beaucoup appris sur la mesure dans laquelle nous pouvons pousser le système lorsque nous avons un ciel clair, même si des tempêtes ont parfois interrompu les opérations à Table Mountain et à Palomar”, a déclaré Ryan Rogalin, responsable de l’électronique du récepteur du projet au JPL. (Alors que les communications par radiofréquence peuvent fonctionner dans la plupart des conditions météorologiques, les communications optiques nécessitent un ciel relativement clair pour transmettre des données à large bande passante.)

Le JPL a récemment mené une expérience visant à combiner Palomar, l’antenne optique radiofréquence expérimentale du complexe de communications Goldstone Deep Space du DSN à Barstow, en Californie, et un détecteur à Table Mountain pour recevoir le même signal de concert. « Répartir » plusieurs stations au sol pour imiter un grand récepteur peut aider à amplifier le signal de l’espace lointain. Cette stratégie peut également être utile si une station au sol est mise hors ligne en raison des conditions météorologiques ; d’autres stations peuvent toujours recevoir le signal.

En savoir plus sur la mission

Gérée par le JPL, cette démonstration est la dernière d’une série d’expériences de communication optique financées par le programme Technology Demonstration Missions (TDM) de la Direction des missions de technologie spatiale de la NASA et le programme SCaN (Space Communications and Navigation) de l’agence au sein de la Direction des missions des opérations spatiales. Le développement de l’émetteur-récepteur laser de vol est soutenu par le laboratoire MIT Lincoln, L3 Harris, CACI, First Mode et Controlled Dynamics Inc., et Fibertek, Coherent et Dotfast prennent en charge les systèmes au sol. Une partie de la technologie a été développée dans le cadre du programme de recherche sur l’innovation dans les petites entreprises de la NASA.

L’Arizona State University dirige la mission Psyché. JPL est responsable de la gestion globale de la mission, de l’ingénierie système, de l’intégration et des tests, ainsi que des opérations de la mission. Psyché est la 14e mission sélectionnée dans le cadre du programme Discovery de la NASA relevant de la Direction des missions scientifiques, gérée par le Marshall Space Flight Center de l’agence à Huntsville, en Alabama. Le programme de services de lancement de la NASA, basé au Kennedy Space Center de l’agence en Floride, a géré le service de lancement. Maxar Technologies a fourni le châssis du vaisseau spatial à propulsion électrique solaire de haute puissance de Palo Alto, en Californie.