La Terre a reçu un message envoyé par laser à 16 millions de kilomètres lors d'un test de la NASA

La NASA a franchi une étape technique aux implications considérables pour l’exploration spatiale. Le 14 novembre 2023, l’expérience Deep Space Optical Communications (DSOC) a réussi à établir sa première connexion opérationnelle (première lumière) en échangeant des « bits de lumière » entre le vaisseau spatial Psyché et une station sur Terre alors que la sonde se trouvait à environ 10 millions de miles (près de 16 millions de kilomètres).

Le test, coordonné par le Jet Propulsion Laboratory (JPL), consistait à accrocher l'émetteur-récepteur laser embarqué sur Psyché à un faisceau de référence envoyé depuis l'installation de Table Mountain (Californie) et, à partir de là, à affiner les systèmes de pointage pour maintenir la liaison avec le télescope récepteur de Palomar.

Les clés qui expliquent pourquoi c’est important :

• Ce qui a été testé (communications optiques dans l'espace lointain) avec un laser proche infrarouge qui transporte des données sous forme de photons.
• Pourquoi c'est pertinent (plus de capacité de données) car le but du DSOC est de démontrer des débits entre 10 et 100 fois supérieurs aux communications radio utilisées aujourd'hui dans les missions spatiales lointaines.
• Ce qui rend la tâche difficile (viser avec une extrême précision) puisque le système doit corriger le mouvement relatif du vaisseau et de la Terre pendant le temps de trajet de la lumière (dans ce test, il était d'environ 50 secondes).

Selon les responsables du programme de communication de l'agence, ce saut est indispensable pour les missions scientifiques qui « veulent toujours plus » de données, et pour les futures opérations humaines et robotiques qui dépendent de l'envoi d'informations lourdes (images ou vidéo haute résolution).

Comment fonctionne le « canal laser » que Psyché a testé

Le dispositif DSOC combine les équipements à bord du navire et les équipements au sol, avec des chiffres qui permettent de comprendre l'ampleur du défi.

Dans la sonde, le système intègre un télescope de 22 centimètres avec un laser de 4 watts pour envoyer des données à la Terre, tout en recevant des signaux à faible débit de notre planète via une caméra de comptage de photons.

Sur Terre, la liaison est assurée par un émetteur de référence de 5 kilowatts de Table Mountain et le récepteur du télescope Hale (5,1 mètres) de l'observatoire Palomar, qui capte un signal extrêmement faible et le dirige vers un détecteur supraconducteur capable d'enregistrer l'arrivée de photons avec une grande précision.

Cette conception explique deux limites pratiques que la NASA tente de résoudre par des tests successifs. La nécessité d'un pointage millimétrique (un faisceau plus étroit nécessite une visée) et le problème du bruit de fond (lumière du soleil et diffusion atmosphérique) qui peut étouffer un signal arrivant avec très peu de photons.

Du premier lien à la démonstration la plus médiatique

Le test de novembre 2023 constituait la première « mise sous tension » du système, mais le programme a rapidement évolué vers une démonstration qui sert de référence pour le grand public.

Le 11 décembre 2023, l'équipe du JPL a réussi à envoyer une vidéo de 15 secondes à près de 19 millions de kilomètres, à 267 Mbps, avec un temps de vol du signal de 101 secondes.

Ce saut illustre la promesse centrale des communications optiques. Si les futures missions doivent transmettre plus de science et plus d’images, le goulot d’étranglement ne devrait plus résider uniquement dans la liaison avec la Terre, mais dans l’ensemble de l’architecture de la mission (puissance disponible, fenêtres de communication, météorologie et capacité de réception).

Ce qui s'en vient maintenant et ce qui reste à savoir

La NASA elle-même présente le DSOC comme une démonstration technologique qui doit mûrir en conditions réelles. Après le premier lien, l'équipe se concentre sur l'amélioration du contrôle de pointage afin de maintenir des transmissions de grande capacité à différentes distances au cours du voyage initial de Psyché.

Dans la documentation du JPL, le DSOC était prévu par phases et avec un horizon qui s'étendait jusqu'en octobre 2025, même s'il est noté que les dates peuvent bouger en fonction de l'état du vaisseau spatial et de ses vérifications.