L'augmentation rapide du nombre de satellites rend l'orbite terrestre basse de plus en plus encombrée, accroissant le risque de collisions et mettant à rude épreuve les infrastructures de transmission de données, le spectre radioélectrique étant saturé. Dans ce contexte, la technologie de communication laser apparaît comme une nouvelle voie de connectivité pour la prochaine génération d'exploration spatiale.
trajectoire de surcharge
Ces dernières années, le nombre de satellites en orbite autour de la Terre a connu une croissance fulgurante. Avec le lancement du système Starlink en 2019, SpaceX compte désormais plus de 10 200 satellites opérationnels en orbite. L’Agence spatiale européenne (ESA) prévoit que d’ici la fin de la prochaine décennie, environ 100 000 satellites pourraient fonctionner simultanément autour de la Terre. La plupart des satellites actuels utilisent des ondes radio pour transmettre des données vers le sol. Cette technologie est également utilisée pour les téléphones portables, le Wi-Fi, le Bluetooth et la télévision.
Cependant, les ondes radio n'occupent qu'une petite fraction du spectre électromagnétique (l'ensemble des ondes et rayonnements naturels). La portion du spectre des radiofréquences exploitable pour les communications est limitée et doit donc être gérée et attribuée par l'Union internationale des télécommunications (UIT).
Barry Evans, professeur de communications par satellite à l'Université de Surrey (Royaume-Uni), a déclaré que la surcharge du spectre commence à se produire lorsque de plus en plus de systèmes satellitaires fonctionnent sur les mêmes bandes de fréquences.
Par exemple, Starlink et Eutelsat OneWeb utilisent tous deux la bande Ku (environ 11-14 GHz) pour transmettre des données au sol, ce qui accroît le risque d'interférences et de chevauchement des signaux. Les entreprises doivent désormais coordonner le partage du spectre ou ajuster les horaires de transmission des signaux, mais les experts estiment qu'il ne s'agit que d'une solution temporaire.
Les satellites opérant à différentes altitudes peuvent également provoquer des interférences. Par exemple, lorsqu'une station au sol reçoit un signal de OneWeb à une altitude d'environ 1 200 km, un satellite Starlink volant plus bas, à environ 500 km, pourrait causer des interférences temporaires s'il traverse la zone de couverture. Ce phénomène est appelé « événements en ligne ». Face à l'augmentation rapide du volume de données spatiales, il est peu probable que les ondes radio puissent répondre de manière adéquate aux besoins à long terme en matière de transmission vidéo haute résolution, de données de capteurs et d'internet mondial par satellite.
Défi technique
Face à cette pression, l'industrie spatiale se tourne vers l'utilisation des lasers pour la transmission de données. Contrairement aux ondes radio, qui se propagent largement dans l'espace, les lasers se déplacent en faisceaux très étroits, ce qui les rend pratiquement insensibles aux interférences d'autres systèmes, augmentant ainsi les débits de transmission et renforçant la sécurité.
Dalius Petrolionis, cofondateur et directeur technique d'Astrolight (Lituanie), a déclaré que de nombreux satellites de nouvelle génération intègrent désormais des liaisons laser. Dans le réseau Starlink, les données entre satellites sont déjà transmises par laser pour certaines connexions spatiales. Cependant, la communication laser entre les satellites et le sol demeure un défi technique majeur, car les lasers sont très sensibles aux conditions atmosphériques. Les nuages, le brouillard, la vapeur d'eau ou les variations de température de l'air peuvent tous perturber le signal.
Pour pallier cette limitation, des entreprises développent des systèmes de compensation des interférences optiques (AO), qui permettent au faisceau laser de s'adapter automatiquement aux fluctuations atmosphériques en temps réel. Ces systèmes comprennent généralement des capteurs de front d'onde pour mesurer la distorsion du signal, des miroirs de distorsion pour corriger le faisceau laser et un ordinateur de contrôle à haute vitesse.
D'après la NASA, certains systèmes utilisent même deux types de miroirs de contrainte fonctionnant en parallèle : l'un gère les déformations importantes et lentes, l'autre les oscillations faibles et rapides. Les contrôleurs doivent effectuer environ 100 à 1 000 ajustements par seconde.
Lors d'un test de transmission de données laser à 5 Gbit/s, le système AO, comprenant 137 éléments de contrôle, a réduit le taux d'erreur de données à moins de 10⁻⁶, ce qui équivaut à moins d'une erreur par million de bits de données, éliminant pratiquement toute divergence significative.
Outre la distorsion du signal, les systèmes de transmission laser doivent également gérer les fluctuations d'intensité lumineuse dues à la turbulence atmosphérique. Certains réseaux de transmission laser utilisent des étoiles laser artificielles pour créer des points de référence, permettant ainsi de mesurer avec précision le niveau de turbulence atmosphérique. En plus du matériel optique, les entreprises ont également recours à l'intelligence artificielle et aux algorithmes d'apprentissage automatique pour réduire les coûts et accélérer le traitement du signal.
La NASA a récemment testé avec succès un système de communication laser à bord du vaisseau spatial Orion, dans le cadre du programme Artemis II, transmettant plus de 100 Go de données depuis les abords de la Lune vers la Terre. Parallèlement, Astrolight, une entreprise lituanienne spécialisée dans les technologies spatiales, construit sa première station optique au sol au Groenland avec le soutien de l'ESA et a lancé trois émetteurs laser expérimentaux en orbite.
La communication optique, également appelée communication laser, utilise les rayons infrarouges au lieu des ondes radio traditionnelles pour transmettre des données entre satellites ou des satellites vers le sol. Cette technologie permet des débits de transmission de données plus élevés, une consommation d'énergie réduite et une quasi-absence d'interférences.
Source : https://www.sggp.org.vn/cuoc-dua-truyen-du-lieu-bang-tia-laser-post854231.html
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