Mission révolutionnaire de communications laser de la NASA : 6 choses que vous devez savoir

Illustration de la démonstration du relais de communication laser de la NASA communiquant avec la Station spatiale internationale via des liaisons laser. Crédit : Goddard Space Flight Center de la NASA

NasaLa démonstration de relais de communication laser (LCRD) de s utilisera des systèmes de communication laser pour transmettre des données de l’espace à la Terre. Vous trouverez ci-dessous six choses que vous devez savoir sur la mission révolutionnaire LCRD de la NASA.

1. Les communications laser transformeront la façon dont la NASA obtient des informations vers et depuis l’espace.

Depuis l’aube de l’exploration spatiale, la NASA utilise des systèmes de radiofréquence pour communiquer avec les astronautes et les engins spatiaux. Cependant, à mesure que les missions spatiales génèrent et collectent plus de données, le besoin de capacités de communication améliorées augmente. LCRD exploite la puissance de communications laser, qui utilise la lumière infrarouge plutôt que les ondes radio, pour coder et transmettre des informations vers et depuis la Terre.

Les ondes radio et les ondes lumineuses infrarouges laser sont des formes de rayonnement électromagnétique avec des longueurs d’onde à différents points du spectre. Les missions encodent leurs données scientifiques sur les signaux électromagnétiques à renvoyer sur Terre.

La lumière infrarouge utilisée pour les communications laser diffère des ondes radio car elle se produit à une fréquence beaucoup plus élevée, permettant aux ingénieurs d’emballer plus de données dans chaque transmission. Plus de données produisent plus d’informations et de découvertes sur l’espace à la fois.

À l’aide de lasers infrarouges, le LCRD enverra des données vers la Terre depuis l’orbite géosynchrone à 1,2 gigabits par seconde (Gbps). À cette vitesse et à cette distance, vous pouvez télécharger un film en moins d’une minute.

2. Les communications laser permettront aux engins spatiaux d’envoyer plus de données à la maison en une seule liaison descendante.

Si vous étiez vivant à la fin des années 80 et au début des années 90, vous vous souviendrez des vitesses d’accès commuté de l’Internet terrestre – lentes et pénibles. L’ajout de communications laser aux engins spatiaux est similaire à l’utilisation par l’humanité de l’Internet haut débit avec des technologies telles que les réseaux à fibres optiques : révolutionnaire.

Ondes radio contre ondes optiques. Crédit : NASA

Nos connexions Internet à domicile permettent aujourd’hui aux vidéos, émissions et contenus haute définition d’atteindre nos écrans presque instantanément. Cela est dû en partie aux connexions à fibres optiques qui envoient une lumière laser densément chargée de données via des câbles en plastique ou en verre, créant une expérience utilisateur plus rapide.

Ce même concept – moins les câbles à fibres optiques – est appliqué aux communications laser spatiales, ce qui permet aux engins spatiaux d’envoyer des images et des vidéos haute résolution sur des liaisons laser.

Avec les communications laser en place, le vaisseau spatial peut renvoyer plus de données à la fois en un seul téléchargement. La NASA et l’industrie aérospatiale tirent parti de ces nouveaux développements et créent davantage de missions utilisant des lasers pour compléter les satellites à radiofréquence.

3. La charge utile a deux modules optiques, ou télescopes, pour recevoir et transmettre des signaux laser.

LCRD est un satellite relais avec de nombreux composants hautement sensibles qui permettent des communications accrues. En tant que relais, le LCRD supprime le besoin pour les missions des utilisateurs d’avoir une visibilité directe sur les antennes terrestres. Le LCRD dispose de deux terminaux optiques – un terminal reçoit des données d’un engin spatial utilisateur, tandis que l’autre transmet des données à des stations au sol sur Terre.

La charge utile du LCRD dans la salle blanche du Goddard Space Flight Center. Crédit : NASA/Dave Ryan

Les modems du LCRD traduisent les données numériques en signaux laser, qui sont ensuite transmis via des faisceaux de lumière codés, invisibles à l’œil humain, par les modules optiques du relais. Le LCRD peut à la fois envoyer et recevoir des données, créant un chemin continu pour le flux de données de mission vers et depuis l’espace. Ensemble, ces capacités font du LCRD NASA le premier relais optique bidirectionnel de bout en bout.

Ce ne sont là que quelques-uns des composants qui composent la charge utile LCRD, qui, ensemble, a la taille d’un matelas king.

4. Le LCRD dépend de deux stations au sol en Californie et à Hawaï.

Une fois que le LCRD reçoit les informations et les code, la charge utile envoie les données aux stations au sol sur Terre qui sont chacune équipées de télescopes pour recevoir la lumière et de modems pour traduire la lumière codée en données numériques.

LCRD stations au sol sont connus sous le nom de stations au sol optiques (OGS) -1 et -2, et sont situés sur Table Mountain en Californie du Sud, et sur Volcan Haleakala à Maui, Hawaï.

Alors que les communications laser peuvent fournir des taux de transfert de données accrus, les perturbations atmosphériques – telles que les nuages ​​et les turbulences – peuvent interférer avec les signaux laser lorsqu’ils traversent l’atmosphère terrestre.

Les emplacements pour OGS-1 et OSG-2 ont été choisis pour leurs conditions météorologiques claires et leurs emplacements éloignés et à haute altitude. La plupart des conditions météorologiques se produisant dans ces régions se déroulent sous le sommet des montagnes, laissant un ciel relativement clair parfait pour les communications laser.

5. Le LCRD permet au gouvernement, aux universités et aux partenaires commerciaux de tester les capacités laser à partir d’une orbite géosynchrone.

Le LCRD prouvera la viabilité des systèmes de communication laser depuis l’orbite géosynchrone, à environ 22 000 milles au-dessus de la surface de la Terre.

Avant de soutenir d’autres missions, le LCRD passera deux ans à effectuer des tests et expériences. Pendant ce temps, OGS-1 et OGS-2 agiront comme des « missions », envoyant des données d’une station au LCRD puis à l’autre.

LCRD communiquant des données de la station spatiale à la Terre. Crédit : NASA/Dave Ryan

Le LCRD testera la fonctionnalité du laser avec des expériences de la NASA, d’autres agences gouvernementales, des universités et des sociétés commerciales. Certaines de ces expériences comprennent l’étude des perturbations atmosphériques sur les signaux laser et la démonstration d’opérations de service de relais fiables.

Ces tests permettront à la communauté aérospatiale d’apprendre du LCRD et d’affiner davantage la technologie pour une mise en œuvre future. La NASA offre ces opportunités pour développer le corpus de connaissances entourant les communications laser et promouvoir son utilisation opérationnelle.

Après sa phase expérimentale, le LCRD soutiendra des missions dans l’espace, dont un terminal optique qui sera installé sur la Station spatiale internationale. Ce terminal collectera les données des expériences scientifiques à bord, puis transmettra les informations au LCRD pour être relayées sur Terre.

6. LCRD est l’une des nombreuses missions laser passionnantes et à venir.

Le LCRD est le tout premier système de relais de communication laser de la NASA. Cependant, il y a de nombreuses missions en cours de développement qui démontrera et testera des capacités de communication laser supplémentaires.

Les missions de communication laser de la NASA. Crédit : NASA/Dave Ryan

• Les Système de communication optique Orion Artemis II (O2O) permettra un flux vidéo ultra-haute définition sur la lumière infrarouge entre la Terre et les astronautes d’Artemis II voyageant autour de la Lune.
• En 2026, le Psyché mission atteindra sa destination – un astéroïde à plus de 150 millions de kilomètres de la Terre. Psyché portera le Communication optique dans l’espace lointain (DSOC) pour tester les communications laser contre les défis distinctifs présentés par l’exploration de l’espace lointain.

Toutes ces missions aideront la communauté aérospatiale à normaliser les communications laser en vue de leur mise en œuvre lors de futures missions. Avec des lasers éclairant la voie, la NASA peut glaner plus d’informations que jamais auparavant dans l’espace.

Le LCRD est une charge utile de la NASA à bord du programme d’essais spatiaux Satellite-6 du ministère de la Défense (STPSat-6). STPSat-6, qui fait partie de la mission Space Test Program 3 (STP-3), sera lancé sur une fusée United Launch Alliance Atlas V 551 depuis la station spatiale Cape Canaveral en Floride. STP est exploité par le Space Systems Command de la Force spatiale des États-Unis.

Le LCRD est dirigé par Goddard et en partenariat avec le Jet Propulsion Laboratory de la NASA en Californie du Sud et le AVEC Laboratoire Lincoln. Le LCRD est financé par le programme de missions de démonstration technologique de la NASA, qui fait partie de la Direction des missions de technologie spatiale, et le programme de communications et de navigation spatiales (SCaN) au siège de la NASA.