Une technologie ultra-cool pour quasiment doubler le volume de données sur l’espace lointain

Pourquoi est-ce important ?

Les stations terrestres de l’ESA aident les satellites et les sondes à répondre à certaines des plus grandes questions scientifiques. Elles sont utilisées pour envoyer des instructions aux engins spatiaux à travers le Système solaire et reçoivent les données qu’ils collectent via une « liaison descendante ». 

La demande de capacité de liaison descendante des stations est plus forte que jamais. Au cours des prochaines années, l’Agence se prépare à lancer de nouveaux engins spatiaux plus loin dans notre Système solaire et à soutenir les missions d’un nombre croissant d’agences spatiales partenaires.

Quelles sont ces mises à niveau ?

Il existe deux solutions pour augmenter la capacité de la liaison descendante : soit construire de nouvelles antennes, soit améliorer les performances des antennes existantes. L’ESA agit sur les deux tableaux. 

Au moment où une nouvelle antenne pour l’espace lointain, qui fait cruellement défaut, est en cours de construction en Australie, il est important (et économiquement censé) de tirer le maximum de performances des antennes existantes. La série de mises à niveau effectuées sur le réseau de stations terrestres de l’ESA poursuit précisément cet objectif :

• L’alimentation des antennes (la technologie qui relie l’antenne physique à l’émetteur et au récepteur électroniques) des trois antennes de 35 mètres de l’ESA pour l’espace lointain est refroidie pour atteindre seulement 10 degrés au-dessus du zéro absolu (soit environ -263 °C). 
• Les mises à niveau actuelles augmenteront jusqu’à 40 % le volume de données pouvant être transmises en aval de l’engin spatial, ce qui permettra, par exemple, de recevoir davantage d’images haute définition du Soleil en provenance de Solar Orbiter au cours d’une même fenêtre de communication. 
• Les futures mises à niveau sur des bandes de fréquences plus élevées permettront de télécharger 80 % de données supplémentaires, soit presque le double des données de l’espace lointain qui parviennent au Centre des opérations à Darmstadt ! 
• Cette technologie intelligente permettra également d’accroître la sensibilité des antennes de l’ESA pour l’espace lointain et d’étendre leur portée pour soutenir les futures missions de l’ESA qui s’aventureront jusqu’à Uranus et Neptune.

« Avec ces mises à niveau, l’ESA repousse les limites de ce qui est techniquement possible, et permet aux scientifiques d’explorer de nouveaux mondes et de recueillir des quantités de données sans précédent », déclare Stéphane Halté, ingénieur de la station terrestre de l’ESA en charge du projet aux côtés de Filippo Concaro. 

« Les mises à niveau sont arrivées au bon moment », déclare Andrea Accomazzo, responsable des missions d’exploration et du Système solaire au Centre d’opérations spatiales de l’ESA à Darmstadt. « Elles délivrent les performances dont nous avons besoin pour soulager la forte demande sur notre réseau de suivi et continuer à fournir le plus haut niveau de retour de données pour un nombre croissant de scientifiques. »

Les informations en détail :

• L’intégration de la première nouvelle alimentation d’antenne cryo-refroidie a été achevée en mai 2021 à la station Cebreros de l’ESA en Espagne. 
• La mise à niveau à Cebreros augmente la vitesse à laquelle les données peuvent être traitées en fréquences en bande X jusqu’à 40 %. 
• La station Malargüe de l’ESA bénéficiera de la même mise à niveau de l’alimentation en bande X en 2022, ainsi que d’une nouvelle alimentation cryo-refroidie en bande Ka, ce qui devrait permettre une augmentation du débit de données d’au moins 80 %. Cela profitera grandement aux missions existantes, telles que BepiColombo, et aux missions à venir, telle que Juice. La mise à niveau de l’antenne située à New Norcia sera effectuée à une date ultérieure. 
• Le refroidissement du module électronique d’alimentation minimise les effets du « bruit thermique », ce qui permet de recevoir des signaux plus faibles. En dessous de 10 K, les impuretés dans les métaux utilisés dans le module électronique commencent à limiter les avantages d’un refroidissement supplémentaire.

• Les terminaux émetteurs cryo-refroidis sont fabriqués par la société française Callisto Space. Elle a reçu un financement de l’ESA durant les cinq années de développement de la technologie. L’entreprise canadienne Calian réalise l’intégration de la nouvelle technologie dans les antennes.
• La technologie a été testée au centre d’essai des émetteurs de haute puissance de la NASA en 2019 à Goldstone, en Californie, à une puissance de 30 kilowatts (ce qui équivaut à peu près à la puissance de 30 000 téléphones portables utilisés en même temps).
• Une technologie spécifique de semi-conducteurs à très faible émission sonore a été mise au point avec des partenaires universitaires (l’université Chalmers et l’ETH Zurich) afin d’atteindre les meilleures performances en matière de bruit. La même technologie est utilisée aujourd’hui pour le développement d’ordinateurs quantiques. Il s’agit d’un exemple où le développement technologique de l’ESA peut soutenir l’ensemble de la communauté scientifique et favoriser la compétitivité des entreprises européennes.

Mises à jour techniques du réseau Estrack

Les diverses mises à niveau réalisées sur les antennes plus petites de l’ESA en Guyane et en Suède s’avèrent tout aussi nécessaires. Elles visent en effet à améliorer les performances pour préparer l’ensemble du réseau Estrack aux futurs projets de l’ESA dans l’espace. 

À la base de lancement européenne de Kourou, en Guyane, l’antenne de 15 mètres de l’ESA est mise à niveau avec de nouveaux modems TTCP, permettant des débits de données maximaux, en vue des futures missions lunaires, terrestres et d'une mission de météorologie spatiale qui n'a pas encore de nom.

À Kiruna, en Suède, le système fondamental de surveillance et de contrôle des deux antennes de l’ESA évoluera également. Les prochains travaux programmés sont le renouvellement de l’alimentation de l’antenne, la remise à neuf de la parabole « Kiruna 2 » de 13 m et diverses optimisations sur Kiruna-1.