La station spatiale profonde 14 (DSS-14) de 70 mètres (230 pieds) est la plus grande antenne du réseau Deep Space du complexe de communications Goldstone Deep Space près de Barstow, en Californie. Crédit : NASA/JPL-Caltech
Le DSN est mis à niveau pour communiquer avec plus d’engins spatiaux que jamais et pour répondre aux besoins en constante évolution des missions.
Lorsque Nasa‘s Mars Le rover Perseverance 2020 a atterri sur la planète rouge, le Deep Space Network (DSN) de l’agence était là, permettant à la mission d’envoyer et de recevoir les données qui ont contribué à rendre l’événement possible. Lorsque OSIRIS-REx a prélevé des échantillons de l’astéroïde Bennu l’année dernière, le DSN a joué un rôle crucial, non seulement en envoyant la séquence de commande à la sonde, mais aussi en retransmettant ses superbes photos sur Terre.
Le réseau est l’épine dorsale des communications spatiales lointaines de la NASA depuis 1963, soutenant régulièrement 39 missions, avec plus de 30 missions de la NASA en développement. L’équipe derrière elle travaille maintenant dur pour augmenter la capacité, apportant un certain nombre d’améliorations au réseau qui contribueront à faire avancer l’exploration spatiale future.
Géré par le Jet Propulsion Laboratory de la NASA pour le programme de communications et de navigation spatiales, basé au siège de la NASA au sein de la Direction des missions d’exploration et d’opérations humaines, le DSN est ce qui permet aux missions de suivre, d’envoyer des commandes et de recevoir des données scientifiques d’engins spatiaux lointains.
Le réseau se compose d’antennes de suivi à travers trois complexes régulièrement espacés dans le monde au complexe de Goldstone près de Barstow, en Californie ; à Madrid, Espagne ; et à Canberra, Australie. En plus de soutenir des missions, les antennes sont régulièrement utilisées pour effectuer des recherches scientifiques par radio – étudier les planètes, les trous noirs et suivre les objets proches de la Terre.
« La capacité est une grande pression, et notre programme d’amélioration des antennes va y contribuer. Cela comprend la construction de deux nouvelles antennes, augmentant notre nombre de 12 à 14 », a déclaré JPL‘s Michael Levesque, directeur adjoint de la DSN.
Explorez l’énorme antenne DSS-14 de 70 mètres (230 pieds) de la NASA au complexe de communications Goldstone Deep Space à Barstow, en Californie, dans cette vidéo à 360 degrés. En plus de communiquer avec les engins spatiaux dans tout le système solaire, DSS-14 et d’autres antennes DSN peuvent également être utilisées pour effectuer des recherches radio. Crédit : NASA/JPL-Caltech
Mises à niveau du réseau
En janvier 2021, la DSN accueillait son 13e plat en famille. Nommée Deep Space Station 56 (DSS-56), cette nouvelle antenne parabolique de 34 mètres de large (112 pieds de large) à Madrid est une antenne «tout-en-un». Les antennes précédemment construites sont limitées dans les bandes de fréquences qu’elles peuvent recevoir et émettre, les limitant souvent à communiquer avec des engins spatiaux spécifiques. Le DSS-56 a été le premier à utiliser toute la gamme de fréquences de communication de la DSN dès sa mise en ligne et peut communiquer avec toutes les missions que la DSN prend en charge.
Peu de temps après la mise en ligne du DSS-56, l’équipe DSN a effectué 11 mois de mises à niveau critiques de la Deep Space Station 43 (DSS-43), l’énorme antenne de 70 mètres (230 pieds) à Canberra. DSS-43 est la seule antenne parabolique de l’hémisphère sud avec un émetteur assez puissant, et qui diffuse la bonne fréquence, pour envoyer des commandes au lointain vaisseau spatial Voyager 2, qui se trouve maintenant dans l’espace interstellaire. Avec des émetteurs reconstruits et des équipements d’installations améliorés, le DSS-43 desservira le réseau pour les décennies à venir.
« Le rafraîchissement du DSS-43 a été une énorme réussite, et nous sommes sur le point de nous occuper des deux prochaines antennes de 70 mètres à Goldstone et Madrid. Et nous avons continué à fournir de nouvelles antennes pour répondre à la demande croissante – tout au long COVID-19[feminine“, a déclaré Brad Arnold du JPL, directeur de la DSN.
Les améliorations font partie d’un projet visant à répondre non seulement à la demande accrue, mais aussi à l’évolution des besoins de la mission.
Le concept de cet artiste montre à quoi ressemblera la Deep Space Station-23, une nouvelle antenne parabolique capable de prendre en charge les communications par ondes radio et laser, une fois achevée au complexe de Goldstone, en Californie, du Deep Space Network. Crédit : NASA/JPL-Caltech
Les missions génèrent de plus en plus de données que par le passé. Le débit de données des engins spatiaux lointains a été multiplié par plus de 10 depuis les premières missions lunaires dans les années 1960. Alors que la NASA envisage d’envoyer des humains sur Mars, ce besoin de volumes de données plus élevés ne fera qu’augmenter.
Les communications optiques sont un outil qui peut aider à répondre à cette demande de volumes de données plus élevés en utilisant des lasers pour permettre une communication à bande passante plus élevée. Au cours des prochaines années, la NASA a plusieurs missions prévu de démontrer les communications laser qui amélioreront la capacité de l’agence à explorer plus loin dans l’espace.
Nouvelles approches
Le réseau se concentre également sur de nouvelles approches de la façon dont il mène son travail. Par exemple, pendant la majeure partie de l’histoire de la DSN, chaque complexe a été exploité localement. Désormais, avec un protocole appelé « Suivez le soleil », chaque complexe gère à tour de rôle l’ensemble du réseau pendant son quart de jour, puis passe le contrôle au prochain complexe à la fin de la journée dans cette région – essentiellement, une course de relais mondiale qui a lieu toutes les 24 heures.
Trois affiches accrocheuses présentant les plus grandes antennes de 70 mètres (230 pieds) situées dans les trois complexes Deep Space Network à travers le monde sont disponible en téléchargement ici. Crédit : NASA/JPL-Caltech
Les économies de coûts qui en ont résulté ont été intégrées dans des améliorations d’antennes, et l’effort a également renforcé la coopération internationale entre les complexes. « Chaque site travaille avec les autres sites, non seulement pendant les périodes de transfert, mais aussi pour la maintenance et le fonctionnement des antennes un jour donné. Nous sommes vraiment devenus un réseau opérant à l’échelle mondiale », a déclaré Levesque.
Le réseau a également mis en œuvre de nouvelles approches pour gérer les communications dans l’espace lointain. Par exemple, dans le passé, si plusieurs engins spatiaux encerclant Mars devaient être entretenus en même temps, le réseau devait pointer une antenne par engin spatial vers Mars, en utilisant potentiellement toutes les antennes d’un complexe donné. Avec un nouveau protocole, le DSN peut recevoir plusieurs signaux d’une seule antenne et les diviser dans le récepteur numérique. « Nous avons adapté cela des implémentations de télécommunications commerciales au profit de l’efficacité de notre réseau », a déclaré Arnold.
Un nouveau protocole supplémentaire permet aux opérateurs de superviser plusieurs activités simultanément. Traditionnellement, chaque activité d’engin spatial avait un seul opérateur dédié. Désormais, le DSN utilise une approche qui tire parti de l’automatisation pour permettre à chaque opérateur de superviser simultanément plusieurs liaisons spatiales. Pour la première fois, le DSN peut désormais automatiser entièrement le séquencement et l’exécution des passes de suivi, et l’effort continuera d’être renforcé au fil du temps.
« L’avenir de la DSN va suivre l’esprit et la dynamique des missions scientifiques qui s’y déroulent. Il est de notre responsabilité de leur permettre. Et nous le faisons par le biais des communications », a déclaré Arnold.
