Une équipe se prépare au lancement du vaisseau spatial Psyché de la NASA à l’intérieur de l’installation d’opérations spatiales Astrotech, près du centre spatial Kennedy de l’agence en Floride, le 8 décembre 2022. Psyché sera lancé au sommet d’une fusée SpaceX Falcon Heavy depuis le complexe de lancement 39A à Kennedy. Crédit : NASA/Ben Smegelsky
NASAL’expérience Deep Space Optical Communications 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 lointain 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 a envoyé 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 engins spatiaux pourraient utiliser les communications optiques à l’avenir, permettant des communications à plus grande vitesse d’informations scientifiques complexes ainsi que d’images et de vidéos haute définition à l’appui de la prochaine étape du géant de l’humanité : envoyer des humains vers Mars.
Cette visualisation montre la position du vaisseau spatial Psyché le 8 avril, lorsque l’émetteur-récepteur laser de vol DSOC a transmis des données à un débit de 25 Mbps sur 140 millions de miles vers une station de liaison descendante sur Terre. Crédit : NASA/JPL-Caltech
“Nous avons transmis environ 10 minutes de données en double du vaisseau spatial lors d’un passage le 8 avril”, a déclaré Meera Srinivasan, responsable des opérations de 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 communications 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 principale ceinture 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’œuvre inspirée de Psyché de l’Arizona State University, avaient été chargées sur l’émetteur-récepteur laser de vol (voir l’image ci-dessous). ci-dessous) avant le lancement de Psyché l’année dernière.
L’émetteur-récepteur laser de vol de démonstration de la technologie Deep Space Optical Communications (DSOC) est présenté au Jet Propulsion Laboratory de la NASA en Californie du Sud en avril 2021, avant d’être installé à l’intérieur de son enceinte en forme de boîte qui a ensuite été intégrée au vaisseau spatial Psyche de la NASA. L’émetteur-récepteur se compose d’un émetteur laser proche infrarouge pour envoyer des données à haut débit vers la Terre, et d’une caméra sensible de comptage de photons pour recevoir des données à faible débit transmises depuis le sol. L’émetteur-récepteur est monté sur un ensemble de supports et d’actionneurs – illustrés sur cette photographie – qui stabilisent l’optique de vibration du vaisseau spatial. Crédit : NASA/JPL-Caltech
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, dépassant 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 certaines des mêmes données au télescope Hale de l’observatoire Palomar de Caltech dans le comté de San Diego, en Californie – l’objectif principal de la démonstration technologique. station au sol de liaison descendante.
« Après avoir reçu les données de la DSN et de Palomar, nous avons vérifié les données optiquement descendantes à JPLa 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 de temps, 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 the Cat. 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 sur Terre la nuit même, 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 retour, un aller-retour pouvant atteindre 280 millions de miles (450 millions de kilomètres). Il a également transmis de grandes quantités de données techniques issues de la démonstration technologique pour étudier les caractéristiques de la liaison de communication optique.
“Nous avons beaucoup appris sur jusqu’où nous pouvons pousser le système lorsque le ciel est dégagé, même si des tempêtes ont parfois perturbé les opérations à Table Mountain et Palomar”, a déclaré Ryan Rogalin, responsable de l’électronique du récepteur de projet au JPL. (Bien que les communications par radiofréquence puissent fonctionner dans la plupart des conditions météorologiques, les communications optiques nécessitent un ciel relativement dégagé pour transmettre des données à large bande passante.)
La Deep Space Station 13 du complexe Goldstone de la NASA en Californie – qui fait partie du Deep Space Network de l’agence – est une antenne expérimentale équipée d’un terminal optique. Dans une première, cette preuve de concept a reçu simultanément des signaux radiofréquence et laser provenant de l’espace lointain. Crédit : NASA/JPL-Caltech
Le JPL a récemment mené une expérience pour combiner Palomar, l’antenne optique radiofréquence expérimentale du complexe de communications Goldstone Deep Space de 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 communications optiques financées par le programme de missions de démonstration technologique (TDM) de la Direction des missions de technologie spatiale de la NASA et le programme de communications et de navigation spatiales (SCaN). ) 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 MIT Lincoln Laboratory, L3 Harris, CACI, First Mode et Controlled Dynamics Inc., ainsi que 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 des systèmes, 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.
