Télécoms et fréquences utilisées dans l’exploration de la planète Mars.

Par Richard Rayan (*)

1-Télécoms utilisés autour de la planète Mars :

La distance moyenne entre la Terre et Mars est d’environ 225 millions de kilomètres. On parle de distance moyenne, car elle varie dans le temps et dépend de la position des deux planètes par rapport au soleil. La distance qui sépare la Terre de Mars est la plus petite lorsque la Terre est insérée entre Mars et le Soleil. Dans ce cas précis il suffit de 3 minutes et 7 secondes pour qu’un signal télécom envoyé par la station terrienne DSN (1) atteigne Mars. Mais lorsque la Terre et Mars sont les plus éloignés l’un de l’autre, il faut 20 minutes et 57 secondes pour transmettre le même signal radio. Dans tous les cas, il est impossible dans l’état actuel de la technologie de communiquer en temps réel entre la Terre et Mars. En plus de ces contraintes, les ingénieurs de la NASA et des autres pays impliqués dans les projets autour de Mars sont amenés à choisir la période en dehors de la période de conjonction de la Terre et de Mars. C’est-à-dire dans la situation où le Soleil produit beaucoup d’interférences radio, rendant les communications radio pratiquement impossibles entre la Terre et Mars. Les Rovers (2), qui sont des robots mobiles ayant pour objectif d’effectuer diverses missions sur Mars, communiquent avec les différents satellites (sondes) installés autour de Mars mais ils peuvent aussi communiquer dans certains cas directement avec les stations terriennes de la DSN.

Les Rovers établissent des liaisons de communication radio avec les sondes orbitales les plus proches en orbite autour de Mars, par exemple en utilisant comme relais Mars Odyssey appelé Orbiter (3). En effet, généralement ce sont ces Orbiteurs qui transmettent les données à la Terre lorsque celle-ci est dans le champ de leurs antennes. A leur tour, les sondes orbitales peuvent également relayer les messages transmis par la DSN à l’attention des Rovers. Les avantages d’utiliser des sondes orbitales sont principalement liés au fait que les Orbiteurs sont beaucoup plus proches des Rovers que les antennes de la DSN. La communication des Rovers avec les Orbiters c’est-à-dire les sondes spatiales est très utile car ces sondes ne volent qu’à 400 km au-dessus de la surface de Mars. Avec ces sondes en orbite autour de Mars, entre autres, les Rovers peuvent économiser de l’énergie car communiquer des sondes spatiales n’est pas la même chose lorsque les Rovers communiquent directement avec les stations DSN sur Terre. D’après l’un des meilleurs experts de la NASA, M. Nacer Chahat lorsque, les Rovers communiquent rarement avec la Terre, et quand c’est le cas ils le font via les trois systèmes d’antenne : une antenne à faible gain (LGA), une antenne UHF et une antenne à gain élevé (HGA). Quant aux stations terriennes DSN sur Terre, ils communiquent avec des sondes spatiales en orbite autour de Mars en utilisant les bandes suivantes :

-La bande S : La bande S qui est utilisée dans diverses applications dont notamment par la NASA pour assurer notamment les communications entre les DSN et les Orbiters et les Rovers aux fréquences 2,2 Ghz.

-La bande X : La bande X qui est également utilisée dans le domaine spatial, où sa très longue portée dans l’espace est notamment exploitée par la NASA pour les télécoms. Dans le cas de la communication radio, entre la terre et les sondes, elle se fait dans la bande des 8,4 Ghz.

-La bande K : La Nasa l’utilise dans ce cas d’usage dans la bande des 32 Ghz.

Les communications entre les Rovers sur Mars se font en bande X via des antennes UHF. Les Rovers communiquent avec les Orbiteurs mais aussi avec les stations terriennes DSN grâce aux antennes UHF en bande X qui sont des antennes à courte portée utilisées à faible puissance.

2- Satellites artificiels autour de Mars :

Les orbiteurs ou satellites artificiels autour de la planète Mars, qui servent de relais pour les télécommunications avec les modules placés au sol de Mars et sur terre avec la DSN, sont actuellement une dizaine :

Dans les années à venir, la NASA envisage un nouveau système de télécommunication basé sur des lasers très différent de celui actuellement utilisé qui repose sur la communication radio. Avec les communications radio, le temps de trajet d’une communication entre une sonde martienne et la DSN sur Terre peut aller jusqu’à 20 minutes. Ce délai ne peut pas être réduit avec les radiocommunications actuellement utilisées. Pour réduire ces délais, la NASA et le Massachusetts Institute of Technology (MIT) travaillent sur un système laser qui serait 10 fois plus rapide que la transmission par ondes radio. Ce nouveau système de communication laser est également capable de transmettre jusqu’à 30 millions de bits par seconde entre les deux planètes Terre et Mars). Si ce nouveau système réussit sur le plan opérationnel, la NASA prévoit de l’utiliser sur tous ses systèmes de communication spatiale.

3-La libéralisation des télécommunications autour de la planète Mars :

Comme elle l’a fait pour les voyages vers la station spatiale internationale l’ISS, la NASA envisage de privatiser les télécommunications utilisées autour de la planète Mars. L’agence spatiale (NASA) a déjà engagé le processus de libéralisation des télécoms autour de Mars. Le temps presse car la NASA ne prévoit pas aucun Orbiter d’ici 2025.

(1) DSN : le Deep Space Network est un système télécom avec l’espace lointain, composé de trois stations terriennes équipées d’antennes paraboliques appartenant à la NASA. Ce système est utilisé pour les communications avec les sondes installées sur la planète Mars.

(2) Les Rovers : Sur Mars, la NASA installe des appareils dits Rovers qui sont des robots mobiles ayant pour objectif d’effectuer diverses missions sur Mars. Persévérance est l’un des rover qui s’est posé sur Mars en 2020. Le 18 février 2021, que le rover Perseverance s’est posé dans le cratère Jezero sur Mars. Il étudiera la composition des roches, le sous-sol et le climat. Chaque Rover pèse environ 200 kg et se déplace sur six roues grâce à l’énergie électrique solaire. Il est équipé de caméras utilisées pour la navigation et de plusieurs instruments scientifiques. Les rovers communiquent avec les différents satellites (sondes) installés autour de Mars mais ils peuvent aussi communiquer dans certains cas directement avec les stations terriennes de la DSN.

(3) L’orbiteur : est une sonde spatiale en orbite autour de la planète Mars. L’orbite est équipée d’un système de télécommunications qui devrait lui permettre de transférer de très gros volumes de données vers la Terre et servir de relais aux données collectées par les Rovers. L’autre objectif principal de l’orbiteur est de cartographier la surface de Mars. Le grand orbiteur (plus de 2 tonnes) qui doit remplir cet objectif du télescope HIRISE permettant d’obtenir des images avec une grande résolution.

 (*) Richard Rayan ingénieur télécom, travaillant avec des entreprises US proches de la NASA.