L’expérience DSOC de la NASA, à bord du vaisseau spatial Psyché, a démontré avec succès la communication optique la plus éloignée jamais réalisée en utilisant un laser proche infrarouge à une distance de 16 millions de kilomètres. Cette étape importante, gérée par le Jet Propulsion Laboratory de la NASA, marque une avancée significative dans la technologie des communications spatiales, promettant des débits de transmission de données plus élevés pour les futures missions dans l’espace lointain. Crédit : NASA/JPL-Caltech
DSOC, une expérience qui pourrait transformer la façon dont les vaisseaux spatiaux communiquent, a réalisé pour la première fois la « première lumière », envoyant des données via laser vers et depuis bien au-delà de la Lune.
L’expérience DSOC (Deep Space Optical Communications) de la NASA a envoyé un laser proche infrarouge codé avec des données de test à près de 10 millions de miles (16 millions de kilomètres) – environ 40 fois plus loin que la Lune ne l’est de la Terre – vers le télescope Hale de Palomar de Caltech. Observatoire du comté de San Diego, Californie. Il s’agit de la démonstration la plus lointaine jamais réalisée de communications optiques.
À bord du vaisseau spatial Psyché récemment lancé, DSOC est configuré pour envoyer des données de test à large bande passante sur Terre au cours de sa démonstration technologique de deux ans alors que Psyché se déplace vers la ceinture d’astéroïdes principale entre Mars et Jupiter. NASALaboratoire de propulsion à réaction de (JPL_ en Californie du Sud, gère DSOC et Psyche.
Le vaisseau spatial Psyche de la NASA est présenté dans une salle blanche de l’installation Astrotech Space Operations près du Kennedy Space Center de l’agence en Floride le 8 décembre 2022. L’émetteur-récepteur laser de vol à capuchon doré du DSOC peut être vu, près du centre, attaché au vaisseau spatial. Crédit : NASA/Ben Smegelsky
La démonstration technologique a atteint le « premier feu » aux premières heures du 14 novembre après que son émetteur-récepteur laser de vol – un instrument de pointe (voir image ci-dessous) à bord de Psyché capable d’envoyer et de recevoir des signaux proche infrarouge – verrouillé sur une puissante balise laser de liaison montante. transmis depuis le laboratoire du télescope de communications optiques des installations de Table Mountain du JPL, près de Wrightwood, en Californie. La balise de liaison montante a aidé l’émetteur-récepteur à diriger son laser de liaison descendante vers Palomar (qui se trouve à 100 miles ou 130 kilomètres au sud de Table Mountain) tandis que les systèmes automatisés de l’émetteur-récepteur et des stations au sol affinaient son pointage.
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 par le sol. L’émetteur-récepteur est monté sur un ensemble de supports et d’actionneurs – illustré sur cette photographie – qui stabilise l’optique des vibrations du vaisseau spatial. Crédit : NASA/JPL-Caltech
« Atteindre les premières lueurs du jour est l’une des nombreuses étapes critiques du DSOC dans les mois à venir, ouvrant la voie à des communications à débit de données plus élevé, capables d’envoyer des informations scientifiques, des images haute définition et des vidéos en streaming pour soutenir le prochain pas de géant de l’humanité : envoyer des humains. vers Mars », a déclaré Trudy Kortes, directrice des démonstrations technologiques au siège de la NASA à Washington.
Les données de test ont également été envoyées simultanément via les lasers de liaison montante et descendante, une procédure connue sous le nom de « fermeture du lien » qui est l’un des principaux objectifs de l’expérience. Bien que la démonstration technologique ne transmette pas les données de la mission Psyché, elle travaille en étroite collaboration avec l’équipe de soutien à la mission Psyché pour garantir que les opérations DSOC n’interfèrent pas avec celles du vaisseau spatial.
Apprenez-en davantage sur la manière dont DSOC sera utilisé pour tester pour la première fois la transmission de données à large bande passante au-delà de la Lune – et comment il pourrait transformer l’exploration de l’espace lointain. Crédit : NASA/JPL-Caltech/ASU
« Le test de mardi matin a été le premier à intégrer pleinement les ressources au sol et l’émetteur-récepteur de vol, ce qui a obligé les équipes opérationnelles DSOC et Psyche à travailler en tandem », a déclaré Meera Srinivasan, responsable des opérations DSOC au JPL. « C’était un défi formidable, et nous avons encore beaucoup de travail à faire, mais pendant une courte période, nous avons pu transmettre, recevoir et décoder certaines données. »
Avant cette réalisation, le projet devait cocher plusieurs autres étapes, depuis le retrait du capot de protection de l’émetteur-récepteur laser de vol jusqu’à la mise sous tension de l’instrument. Pendant ce temps, le vaisseau spatial Psyché effectue ses propres vérifications, notamment en mettant sous tension ses systèmes de propulsion et en testant les instruments qui seront utilisés pour étudier l’astéroïde Psyché lorsqu’il y arrivera en 2028.
L’équipe opérationnelle des émetteurs-récepteurs laser de vol pour la démonstration de la technologie Deep Space Optical Communications (DSOC) de la NASA travaille dans la zone de support de la mission Psyché au JPL aux premières heures du 14 novembre, lorsque le projet a atteint les « premières lueurs ». Crédit : NASA/JPL-Caltech
Première lumière et premiers morceaux
Avec le succès des premières lueurs, l’équipe DSOC va maintenant travailler à affiner les systèmes qui contrôlent le pointage du laser de liaison descendante à bord de l’émetteur-récepteur. Une fois terminé, le projet pourra commencer sa démonstration du maintien de la transmission de données à large bande passante depuis l’émetteur-récepteur vers Palomar à différentes distances de la Terre. Ces données prennent la forme de bits (les plus petites unités de données qu’un ordinateur peut traiter) codées dans les photons du laser – des particules quantiques de lumière. Après qu’un réseau spécial de détecteurs supraconducteurs à haute efficacité (voir l’image ci-dessous) ait détecté les photons, de nouvelles techniques de traitement du signal sont utilisées pour extraire les données des photons uniques qui arrivent au télescope Hale.
Montré ici est une copie identique du détecteur supraconducteur à photon unique à nanofils Deep Space Optical Communications, ou DSOC, couplé au télescope Hale de 200 pouces (5,1 mètres) situé à l’observatoire Palomar de Caltech dans le comté de San Diego, en Californie. Construit par le Microdevices Laboratory du Jet Propulsion Laboratory de la NASA en Californie du Sud, le détecteur est conçu pour recevoir des signaux laser proche infrarouge de l’émetteur-récepteur de vol DSOC voyageant avec la mission Psyche de la NASA dans l’espace lointain dans le cadre de la démonstration technologique. Crédit : NASA/JPL-Caltech
L’expérience DSOC vise à démontrer des débits de transmission de données 10 à 100 fois supérieurs à ceux des systèmes radiofréquences de pointe utilisés aujourd’hui par les engins spatiaux. Les communications radio et laser proche infrarouge utilisent des ondes électromagnétiques pour transmettre des données, mais la lumière proche infrarouge regroupe les données en ondes beaucoup plus serrées, permettant aux stations au sol de recevoir davantage de données. Cela facilitera les futures missions d’exploration humaine et robotique et soutiendra les instruments scientifiques à plus haute résolution.
« La communication optique est une aubaine pour les scientifiques et les chercheurs qui veulent toujours plus de leurs missions spatiales et permettra l’exploration humaine de l’espace lointain », a déclaré le Dr Jason Mitchell, directeur de la division Advanced Communications and Navigation Technologies au sein de la NASA. (SCaN). « Plus de données signifie plus de découvertes. »
Alors que la communication optique a été démontrée en orbite terrestre basse et vers la Lune, DSOC est le premier test dans l’espace lointain. Tout comme l’utilisation d’un pointeur laser pour suivre une pièce de monnaie en mouvement à un kilomètre et demi de distance, la visée d’un faisceau laser sur des millions de kilomètres nécessite un « pointage » extrêmement précis.
Les opérateurs d’émetteurs laser au sol DSOC posent pour une photo au laboratoire de télescope de communications optiques des installations de Table Mountain du JPL, près de Wrightwood, en Californie, peu de temps après que la démonstration technologique ait atteint la « première lumière » le 14 novembre. Crédit : NASA/JPL-Caltech
La démonstration doit également compenser le temps nécessaire à la lumière pour voyager du vaisseau spatial à la Terre sur de grandes distances : à la distance la plus éloignée de Psyché de notre planète, les photons proches infrarouges du DSOC mettront environ 20 minutes pour revenir (il leur a fallu environ 50 minutes). secondes pour voyager de Psyché à la Terre lors du test du 14 novembre). Pendant ce temps, le vaisseau spatial et la planète auront bougé, les lasers de liaison montante et descendante doivent donc s’adapter au changement d’emplacement.
« Réaliser les premières lueurs du jour est une formidable réussite. Les systèmes au sol ont détecté avec succès les photons laser de l’espace lointain provenant de l’émetteur-récepteur de vol du DSOC à bord de Psyché », a déclaré Abi Biswas, technologue de projet pour le DSOC au JPL. « Et nous avons également pu envoyer des données, ce qui signifie que nous avons pu échanger des « morceaux de lumière » depuis et vers l’espace lointain. »
En savoir plus sur la mission
DSOC est la dernière d’une série de démonstrations de communications optiques financées par la Direction des missions de technologie spatiale de la NASA et le programme de communications et de navigation spatiales (SCaN) au sein de la Direction des missions des opérations spatiales de l’agence.
La mission Psyché est dirigée par l’Arizona State University. 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, a géré le service de lancement. Maxar Technologies de Palo Alto, en Californie, a fourni le châssis du vaisseau spatial à propulsion électrique solaire de haute puissance.
