Amener les données de la NASA au sol avec des lasers

La NASA lance des satellites, des rovers et des orbiteurs pour étudier la place de l'humanité dans la Voie lactée. Lorsque ces missions atteignent leur destination, leurs instruments scientifiques capturent des images, des vidéos et des informations précieuses sur le cosmos. Les infrastructures de communication dans l'espace et au sol permettent aux données collectées par ces missions d'atteindre la Terre. Sans stations au sol pour les recevoir, cependant, les données extraordinaires capturées par ces missions seraient bloquées dans l'espace, incapables d'atteindre les scientifiques et les chercheurs sur Terre.

Depuis l'aube de l'exploration spatiale, les missions de la NASA se sont principalement appuyées sur les communications par radiofréquence pour ce transfert d'informations. La démonstration de relais de communications laser (LCRD) basée dans l'espace de la NASA présentera les communications laser, un moyen révolutionnaire de communiquer des données de l'espace au sol.

Les stations au sol du LCRD, appelées Optical Ground Station (OGS) -1 et -2, sont situées à Table Mountain, en Californie, et à Haleakalā, à Hawaï. Ces endroits éloignés et à haute altitude ont été choisis pour leurs conditions météorologiques claires. Alors que les communications laser peuvent fournir des taux de transfert de données accrus, les perturbations atmosphériques telles que les nuages ​​et la turbulence peuvent perturber les signaux laser lorsqu'ils pénètrent dans l'atmosphère terrestre.

"La façon dont la météorologie locale fonctionne, il y a un minimum de poussière et moins de turbulence atmosphérique au sommet de la montagne, ce qui est idéal pour les communications laser", a déclaré Ron Miller du Goddard Space Flight Center de la NASA. "C'est à environ 10 000 pieds d'altitude, donc vous êtes au-dessus d'une grande partie de l'atmosphère et des conditions météorologiques qui se produisent sous le sommet. Il est très courant d'avoir une belle journée ensoleillée au sommet et d'être nuageux au milieu de la montagne."

Les ingénieurs des communications de la NASA ont sélectionné ces sites parce que leurs conditions météorologiques se complètent généralement. Lorsque OGS-1 en Californie est nuageux, OGS-2 à Hawaï a tendance à être clair - et vice versa. Pour surveiller la couverture nuageuse et déterminer quelle station doit être utilisée, le partenaire commercial Northrop Grumman a fourni une station de surveillance atmosphérique qui observe les conditions météorologiques à Haleakalā. Cette station de surveillance fonctionne presque de manière autonome 24 heures sur 24, sept jours sur sept. OGS-1 a des capacités de surveillance météorologique similaires à Table Mountain.

Malgré le temps généralement clair à ces endroits, les ingénieurs de la NASA doivent encore travailler pour réduire les effets de la turbulence atmosphérique sur les données reçues par OGS-1 et OGS-2. Pour ce faire, les deux stations exploitent la puissance de l'optique adaptative.

"Un système d'optique adaptative utilise un capteur pour mesurer la distorsion du signal électromagnétique provenant du vaisseau spatial", a déclaré Tom Roberts, responsable du développement et des opérations OGS-1 au Jet Propulsion Laboratory de la NASA en Californie du Sud. "Si nous pouvons mesurer cette distorsion, alors nous pouvons l'envoyer à travers un miroir déformable qui change de forme pour éliminer les aberrations induites par l'atmosphère. Cela nous permet d'avoir un signal agréable et impeccable."

Alors que OGS-2 a été développé spécifiquement pour la mission LCRD, OGS-1 est basé au laboratoire de télescope de communications optiques du JPL, qui a été utilisé pour les précédentes démonstrations de communications laser. Pour préparer OGS-1 pour le support LCRD, les ingénieurs ont dû mettre à niveau la station au sol. L'une de ces mises à niveau a consisté à remplacer les miroirs pour avoir une meilleure réflectivité et un laser plus puissant.

Avant le soutien de la mission, le LCRD passera environ deux ans à effectuer des tests et des expériences. Pendant ce temps, OGS-1 et OGS-2 agiront comme des utilisateurs simulés, envoyant des données d'une station au LCRD puis à la suivante. Ces tests permettront à la communauté aérospatiale d'apprendre du LCRD et d'affiner davantage la technologie pour la mise en œuvre future des systèmes de communication laser. Après la phase expérimentale, le LCRD soutiendra les missions dans l'espace. Les missions, comme un terminal sur la Station spatiale internationale, enverront des données au LCRD, qui les transmettra ensuite à OGS-1 ou OGS-2.

LCRD est une charge utile hébergée sur le programme de test spatial Satellite-6 (STP-Sat-6) du ministère de la Défense. Bien que le LCRD soit une charge utile de communication laser, le vaisseau spatial aura toujours une connexion radiofréquence au sol. Le terminal de liaison charge utile-terre (PGLT) situé au complexe de White Sands près de Las Cruces, au Nouveau-Mexique, communiquera les données de suivi, de télémétrie et de commande au vaisseau spatial par ondes radio. La NASA gère les éléments terrestres du LCRD - OGS-1, OGS-2 et PGLT - depuis le centre des opérations de mission du LCRD à White Sands.

"Le centre des opérations de la mission est le cerveau central du système LCRD", a déclaré Miriam Wennersten, responsable du segment sol du LCRD de la NASA Goddard. "Il coordonne la configuration de la charge utile et des trois stations au sol en même temps, en programmant les différents services et liaisons optiques."

Sans infrastructure au sol, des données scientifiques et d'exploration extraordinaires ne parviendraient pas aux chercheurs sur Terre. Le segment sol du LCRD sera essentiel au succès de la mission, offrant aux ingénieurs la possibilité de tester et d'affiner les communications laser. À son tour, le LCRD inaugurera une nouvelle ère de communications laser, où les missions auront un accès sans précédent aux informations recueillies auprès des satellites et des sondes dans l'espace.