Jamais un laser n’a permis de communiquer aussi loin dans l’espace

Les communications spatiales par laser, ça marche. Et, surtout, cela fonctionne sur des distances immenses. Voilà le premier constat — encourageant — qu’il a été possible de faire à la mi-novembre 2023, après un essai organisé par l’agence spatiale américaine. La Nasa, en effet, s’intéresse aux lasers pour communiquer dans l’espace profond.

Ce projet, baptisé DSOC (Deep Space Optical Communications), profite de la mission Psyché, partie à la mi-octobre, pour tester un nouveau type de liaison dans des conditions réelles. Il s’avère que la tentative menée au milieu du mois est de bon augure pour la suite, puisque la transmission a réussi. Cela, malgré un éloignement déjà considérable de la sonde : elle se trouve à 16 millions de km de la Terre.

Un record de communication dans l’espace

Une telle distance est difficile à appréhender intellectuellement. Pour mieux se faire une idée, la Nasa souligne que c’est plus de 40 fois la distance Terre-Lune (environ 385 000 km). On pourrait aussi dire que cela équivaut à 400 fois la circonférence de la Terre (environ 40 000 km). Dès lors, c’est comme si le signal avait bouclé 400 fois le tour de la Terre avant d’arriver à destination. Ou 20 fois l’aller-retour de la Terre à la Lune.

Dans son point d’étape du 16 novembre, la Nasa souligne d’ailleurs que cela constitue un record : « Il s’agit de la démonstration de communications optiques la plus éloignée jamais réalisée ». D’autres liaisons seront tentées plus tard, à mesure que Psyché prendra ses distances et rejoindra son objectif. Ce record de distance revendiqué par l’agence va donc prochainement être battu.

Il y a eu des communications optiques de ce type par le passé, mais impliquant des écarts bien moindres — avec un satellite en orbite terrestre basse (c’est-à-dire au maximum à 2 000 km d’altitude) ou bien avec la Lune. Ici, « c’est le premier test dans l’espace lointain ». Pour avoir une idée du défi technique, la Nasa souligne que « c’est comme si on utilisait un pointeur laser pour suivre une pièce de 10 centimes en mouvement à un kilomètre de distance ».

Les lasers étant de la lumière, les photons les constituant circulent à la vitesse de la lumière dans le vide spatial (presque 300 000 km/s). Or, rien que pour l’essai du 14 novembre, il a fallu près de 50 secondes pour que photons aillent de Psyché vers la Terre. Un délai qui s’allongera à 20 minutes, lorsque Psyché sera au plus loin. On est loin des « communications instantanées » que l’on ressent sur Terre, les distances étant bien plus modestes.

L’une des difficultés de l’exercice est de bien pointer les instruments malgré les mouvements de la Terre de Psyché. « La visée d’un faisceau laser sur des millions de kilomètres exige un pointage extrêmement précis », relève l’agence. Un pointage qu’il faudra recalibrer à chaque futur test, car la sonde comme la planète auront bougé. Les liaisons descendantes (de Psyché vers la Terre) et montantes (sens inverse) devront donc s’adapter systématiquement.

Jusqu’à présent, la Nasa comptait sur les ondes radio pour communiquer avec ses engins les plus lointains. Les données portées par ces ondes circulent aussi à la vitesse de la lumière. Cependant, le laser est perçu comme une option d’avenir, car il permet d’envoyer beaucoup plus de données d’un coup. C’est un peu comme si on passait au haut débit. Ici, les données ne circuleront pas plus vite, mais on pourra en envoyer davantage.

L’élargissement de la bande passante est requise pour déployer des missions de plus en plus ambitieuses dans l’espace lointain. En effet, pour prendre le cas de Mars, selon sa position et celle de la Terre dans le système solaire, la liaison peut varier de 3 minutes à presque 22 minutes. C’est relativement long. Or, si l’on veut concrétiser une présence humaine sur la planète rouge, les communications vont devoir être optimisées pour gagner en efficacité.