Résumé :
Dans le passé, le personnel au sol devait attendre quatre à cinq minutes pour qu'une photo panoramique ultra haute définition 8K de la Lune soit renvoyée depuis l'orbite lunaire. Aujourd’hui, la même photo peut être envoyée en 12 secondes environ. Ce changement a été provoqué par le test de communication laser bidirectionnel à grande vitesse Terre-Lune récemment achevé. Ce test a établi une liaison laser stable et à grande vitesse entre la Terre et la Lune à une distance de 400 000 kilomètres, ce qui équivaut à la mise en place d'une « autoroute de l'information » entre la Terre et la Lune.
Schéma schématique d'une communication laser bidirectionnelle à l'échelle Terre-Lune. Source de l'image : Centre d'ingénierie et de technologie des applications spatiales, Académie chinoise des sciences
Quels sont les avantages des communications laser cis-lunaires ? Quelles difficultés techniques faut-il surmonter pour parvenir à une communication laser bidirectionnelle entre la Terre et la Lune ? Quels changements suivront ? En se concentrant sur ces questions, le 1er septembre, des journalistes du Science and Technology Daily ont interviewé des experts concernés.
Première question : Quels sont les avantages de la communication laser Terre-Lune ?
La communication radiofréquence traditionnelle repose sur les ondes radio, tandis que la communication laser utilise la transmission par ondes lumineuses, qui est en principe plus proche du haut débit par fibre optique. Les principaux avantages de la communication laser sont une large bande passante et une vitesse rapide. Lorsque les équipements installés sur le satellite sont similaires en taille, en poids et en consommation électrique, le débit de communication laser peut être 10 à 100 fois plus rapide que celui des communications micro-ondes traditionnelles.
"La radiofréquence est comme une autoroute ordinaire avec des voies limitées et une saturation facile du trafic ; le laser est comme une autoroute à plusieurs voies, qui peut transmettre une quantité beaucoup plus grande de données en même temps." Yang Lei, chercheur au Centre d'ingénierie et de technologie des applications spatiales de l'Académie chinoise des sciences, a expliqué qu'à la distance entre la Terre et la Lune, la communication par radiofréquence traditionnelle est très difficile à transmettre des vidéos haute définition ou des données scientifiques massives, alors que la communication laser peut facilement faire l'affaire.
Un autre avantage de la communication laser est qu'il n'est pas facile de divulguer des secrets. Le faisceau laser est particulièrement concentré et ne « diffuse » pas comme les ondes radio. L'énergie ne circule pas partout, ce qui rend difficile pour les autres d'intercepter le signal à mi-chemin. "Le laser est comme une lampe de poche, il brille partout où il brille. Le micro-ondes ressemble plus à une diffusion par haut-parleur, avec une large portée, mais tout le monde peut l'entendre." » Dit vivement Yang Lei.
Deuxième question : quels problèmes doivent être surmontés dans 400 000 kilomètres de communication laser bidirectionnelle ?
400 000 kilomètres équivalent à 10 fois le tour de l'équateur terrestre, et il faut plus d'une seconde à la lumière pour voyager de la Lune à la Terre. Pour parvenir à une communication laser bidirectionnelle sur une si longue distance, nous devons surmonter trois obstacles : un signal faible, une difficulté de visée et une transmission lente.
Bien que le faisceau laser soit concentré dans une direction, il se propagera quand même beaucoup après avoir parcouru 400 000 kilomètres. Lorsqu'il atteindra le télescope au sol, il se peut qu'il n'ait plus qu'un petit peu de ce qu'il était lors de son lancement, et il deviendra très faible. L'extrémité de réception au sol doit utiliser un détecteur très sensible pour « reconnaître » les photons faibles du bruit de fond. "À cette fin, nous avons construit un réseau de détecteurs supraconducteurs à photons uniques à nanofils. C'est comme un "œil" ultra-sensible capable de capturer des photons. Il a très peu de bruit et réagit très rapidement. Couplé à un algorithme de traitement du signal auto-développé, même si le signal est si faible qu'il est presque "noyé" par le bruit, il peut être "pêché" à partir de nombreuses interférences. " »Dit Yang Lei.
En même temps, le faisceau laser est très étroit, la terre et la lune sont constamment en mouvement et la plate-forme satellite elle-même vibre également légèrement. Les stations au sol et les satellites doivent toujours être alignés avec précision ; s'ils sont même légèrement décalés, le lien peut être rompu. Yang Lei a fait une analogie : "Cela équivaut à pointer un faisceau laser depuis Pékin vers un petit point mobile sur la lune et à le maintenir verrouillé."
Source de l'image : Visual China
Afin de résoudre ce problème, l'équipe de recherche a trouvé plusieurs solutions : premièrement, calculer avec précision l'orbite du satellite et prédire la position à l'avance, afin que les télescopes des deux côtés sachent où pointer et ne manquent pas la cible ; Deuxièmement, la station au sol combine plusieurs faisceaux laser en un seul et les envoie. , puis corrigez la direction en temps réel en fonction des changements de température et d'angle d'élévation pour assurer un atterrissage stable sur le satellite ; troisièmement, une forte isolation optique est réalisée aux extrémités d'émission et de réception pour empêcher le laser puissant émis d'aveugler le détecteur, de sorte que la réception et la réception simultanées des signaux lumineux n'interfèrent pas l'une avec l'autre.
Le signal a été reçu et la vitesse de transmission doit suivre. La difficulté est que ces photons n’arrivent pas dans une file d’attente régulière, mais sont clairsemés et intermittents. Pour les rassembler en informations complètes, l’heure doit être très précise, précise au niveau de la picoseconde. Quel est le concept de picoseconde ? Un billionième de seconde, ce qui est infiniment plus court que le temps qu'il vous faut pour cligner des yeux. L'équipe a spécialement développé une technologie de reconnaissance du temps au niveau de la picoseconde et de traitement des communications à large bande passante, ce qui équivaut à attribuer un « horodatage » ultra-précis à chaque photon, afin qu'ils puissent être assemblés de manière transparente et sans aucun chaos.
Question 3 : Comment cette technologie aidera-t-elle les futures missions d'exploration lunaire et d'espace lointain ?
"À l'avenir, nous construirons une station internationale de recherche scientifique lunaire et y réaliserons diverses expériences scientifiques (tests). Ces expériences scientifiques (tests) généreront des quantités massives de données. La manière dont les données peuvent être retransmises à la terre a toujours été un goulot d'étranglement de communication qui restreint le progrès de la recherche scientifique. Cette avancée technologique est d'une grande importance pour briser ce goulot d'étranglement. " a déclaré Wang Qiang, directeur adjoint du Centre d'ingénierie et de technologie des applications spatiales de l'Académie chinoise des sciences.
Plus important encore, la distance entre la Terre et la Lune n'est qu'un point de départ. Yang Lei a déclaré que les technologies telles que le suivi de haute précision, la détection des signaux faibles et le traitement du signal à photon unique à grande vitesse vérifiées cette fois peuvent être encore étendues à Mars, aux astéroïdes et même à d'autres missions dans l'espace lointain, et soutiendront efficacement l'exploration de l'espace lointain de la Chine pour obtenir des résultats scientifiques plus originaux.
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