Le Deep Space Network est en crise saturation et vieillissement en cause
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Les responsables de la NASA tirent la sonnette d’alarme sur l’avenir du Deep Space Network
“Je ne sais pas qui a pensé que c’était une bonne idée d’installer des CubeSats avec Artemis I.”
Stephen Clark - 30/08/2023, 20h12
La NASA dispose de trois stations Deep Space Network en Californie, en Espagne et en Australie, qui suivent collectivement des dizaines de missions spatiales.Les responsables de la NASA ont tiré la sonnette d’alarme mardi concernant le Deep Space Network de l’agence, un ensemble d’antennes en Californie, en Espagne et en Australie utilisées pour maintenir le contact avec les missions dispersées à travers le système solaire.
Depuis les missions Artemis de la NASA sur la Lune jusqu’aux sondes Voyager dans l’espace interstellaire, tout repose sur le Deep Space Network (DSN) pour recevoir des commandes et transmettre des données vers la Terre. Suzanne Dodd, qui supervise le DSN au sein du Jet Propulsion Laboratory de la NASA, aime souligner l’importance du réseau en montrant de superbes images de missions telles que le télescope spatial James Webb et le rover Perseverance sur Mars.
“Toutes ces images, et tous ces superbes visuels destinés au public, ainsi que toute la science destinée aux scientifiques, transitent par le Deep Space Network”, a déclaré Dodd mardi lors d’une réunion du comité scientifique du conseil consultatif de la NASA.
Le DSN est en pleine merde !
Mais Dodd ne voit pas d’un œil étoilé les défis que pose le fonctionnement du Deep Space Network. Elle a déclaré qu’il existe actuellement une quarantaine de missions qui s’appuient sur les antennes du DSN pour rester en communication avec les contrôleurs et les scientifiques sur Terre. Plus de 40 autres missions rejoindront la liste au cours de la prochaine décennie, et bon nombre des 40 missions qui utilisent actuellement le réseau seront probablement encore opérationnelles pendant cette période.
“Nous avons plus de missions à venir que nous n’en effectuons actuellement”, a déclaré Dodd. “Nous doublons presque la charge sur le DSN. Beaucoup d’entre elles sont soit des missions d’exploration lunaire, soit des missions Artemis, et beaucoup de missions précurseurs d’Artemis avec des fournisseurs commerciaux. La charge augmente donc et c’est très stressant pour nous.”
“C’est sursouscrit, mais c’est vital pour tout ce que l’agence veut faire”, a-t-elle déclaré.
Vint Cerf , un pionnier d’Internet qui est maintenant cadre chez Google, siège au comité que Dodd a rencontré mardi. Après avoir entendu Dodd et d’autres responsables de la NASA, Cerf a déclaré : « Le système de communication de l’espace lointain est en profonde… eh bien, permettez-moi d’utiliser un meilleur mot, déficit. Il y a un mot de quatre lettres qui me vient aussi à l’esprit.
Une antenne à la station Deep Space Network de la NASA près de Madrid.Étant donné que les astronautes sont impliqués, les missions Artemis comporteront des exigences uniques en matière de DSN.
“Nous n’aurons pas de fragments de données. Nous aurons des gigabits de données”, a déclaré Philip Baldwin, directeur par intérim de la division des services réseau du JPL. “Je ne veux pas de résolution vidéo 1080p. Je veux une vidéo 8K.”
Chacune des trois stations du Deep Space Network possède une antenne parabolique de 70 mètres (230 pieds), la plus grande antenne au monde pour les communications dans l’espace lointain. Chaque emplacement dispose également d’au moins trois antennes de 112 pieds (34 mètres). La plus ancienne des grandes antennes de Californie est entrée en service en 1966, puis a été agrandie jusqu’à atteindre son diamètre de 70 mètres en 1988.
“Nous avons atteint un point vraiment critique en ce qui concerne l’infrastructure vieillissante du DSN”, a déclaré Sandra Cauffman, directrice adjointe de la division astrophysique de la NASA.
Étude de cas Artémis IDodd a présenté quelques chiffres de la fin de l’année dernière pour mettre en évidence le problème. Au cours de la mission Artemis I , le vaisseau spatial Orion de la NASA a passé environ 25 jours à voyager de la Terre vers une orbite lointaine autour de la Lune, puis est revenu à un amerrissage dans l’océan Pacifique. Les antennes du Deep Space Network ont passé collectivement 903 heures à suivre et à communiquer avec le vaisseau spatial Orion pendant Artemis I.
Mais il y a plus dans l’histoire. Il y avait 10 petites charges utiles secondaires de covoiturage qui ont volé dans l’espace lointain sur la fusée Space Launch System sur Artemis I. Ces CubeSats variaient en taille d’une boîte à chaussures à une mallette, avec de petites antennes et des émetteurs de faible puissance qui nécessitaient de grandes antennes sur Terre pour être émis. une connexion fiable.
Huit de ces CubeSats ont été suivis avec le DSN, selon Dodd. “Ils ont obtenu 871 heures de suivi, soit presque autant qu’Artemis pour huit petits CubeSats”, a-t-elle déclaré.
“Je ne sais pas qui a pensé que c’était une bonne idée d’installer autant de CubeSats avec Artemis I”, a déclaré Dodd.
Avec des ressources limitées et un nombre limité d’antennes, le Deep Space Network a dû se détourner des autres missions scientifiques de la NASA pour se concentrer sur le vaisseau spatial Orion et les CubeSats volant avec lui.
“Les missions qui ont perdu le plus incluent James Webb, votre mission phare, 184 heures qu’ils ont consacrées au soutien d’Artemis et CubeSats”, a déclaré Dodd. Le DSN a également reporté plus de 500 heures de maintenance planifiée pendant Artemis I.
Cela se traduit par une perte ou un retard potentiel des résultats scientifiques du télescope spatial James Webb, évalué à 10 milliards de dollars. Parmi les autres missions qui ont consacré plus de 100 heures au DSN pendant Artemis I, citons Mars Reconnaissance Orbiter, la mission Mars Odyssey et le Mars Express européen.
“Quand Artemis est mis en ligne, tout le monde s’écarte, et cela a un impact sur toutes les missions scientifiques, même les missions scientifiques phares”, a déclaré Dodd.
Les petits satellites comme les CubeSats sont courants en orbite terrestre basse, fournissant des services commerciaux de télédétection et de relais de données, tout en offrant aux chercheurs la possibilité de réaliser des expériences à un coût bien inférieur à celui s’ils volaient sur un vaisseau spatial plus grand. La NASA souhaite utiliser davantage les CubeSats dans l’exploration de l’espace lointain pour des missions vers la Lune, Mars et les astéroïdes.
Ce qui rend les CubeSats attrayants pour la NASA et les chercheurs scientifiques, c’est ce qui les rend peu attrayants pour le Deep Space Network, a déclaré Dodd.
“Ils sont rapides, ils n’ont pas été bien testés. Ils utilisent de petites antennes”, a-t-elle expliqué. “Quand ils ont des ennuis, ils ont besoin d’une très grosse antenne pour les retrouver… Voulez-vous que ces CubeSats prennent autant de temps (sur le DSN) que James Webb ?”
La plupart des charges utiles de covoiturage sur Artemis ont rencontré des problèmes après leur déploiement à partir de leurs distributeurs sur la fusée SLS, et certaines n’ont jamais été entendues après le lancement. Cela a pris du temps aux antennes DSN pour tenter de localiser et de rétablir la communication avec les CubeSats. Les plus grandes antennes du réseau sont souvent utilisées pour communiquer avec les engins spatiaux en situation d’urgence.
"Lorsque votre DSN est sursouscrit, je ne pense pas que ce soit une bonne utilité de placer des missions jetables sur le même ensemble d’antennes. Le jetable n’est probablement pas poli… Ils ont leur place. Mais leur place, dans mon esprit, est vraiment pas sur la DSN, du moins pas dans ces chiffres. La moitié de ces missions étaient probablement mortes avant même d’être lancées hors du ring à cause de leur conception.
“Les CubeSats sont souvent présentés comme étant cette panacée pour toute notre science future”, a déclaré Sara Tucker, consultante chez Ball Aerospace et membre du comité qui a entendu les responsables de la NASA mardi. “Ils ne coûtent pas cher. Ils sont faciles. Nous pouvons les vomir. S’ils ne fonctionnent pas, nous vomirons davantage. Mais cela représente clairement ici un fardeau non négligeable.”
La NASA n’a pas encore pris de décision finale quant à savoir si la prochaine mission Artemis, Artemis II, aura à son bord des CubeSats. Artemis II devrait être lancé fin 2024 ou 2025 avec quatre astronautes qui voleront autour de la face cachée de la Lune à l’intérieur de leur capsule Orion. La NASA prévoit d’accueillir des CubeSats lors de missions Artemis ultérieures.
Plus tard cette décennie, la NASA fera appel au DSN pour soutenir non seulement le vaisseau spatial de l’équipage Orion voyageant vers et depuis la Lune lors des missions Artemis, mais également la mini-station spatiale Gateway que l’agence prévoit de construire en orbite lunaire. Les atterrisseurs lunaires commerciaux de SpaceX et Blue Origin, ainsi que les véhicules d’atterrissage robotisés commerciaux, s’appuieront également sur le DSN pour la connectivité avec la Terre. La semaine dernière, le DSN était en communication avec l’atterrisseur indien Chandrayaan 3 alors qu’il descendait vers la surface lunaire.
Dodd a déclaré que les responsables de la NASA supervisant les contrats de missions lunaires commerciales « engagent réellement l’actif DSN sans se demander : « Qu’est-ce que le chargement fait à tout le monde ? »
“Je ne sais pas comment tout cela va se dérouler ensemble”, a déclaré Dodd. "Mais pour le moment, cela ressemble un peu au désordre. En regardant ce graphique et en regardant les années 2030, cela nous fait vraiment peur. »
Que fait-on ?Ce n’est pas la première fois que des responsables de la NASA parlent des défis auxquels est confronté le Deep Space Network, mais la discussion avec les conseillers de la NASA mardi a présenté le problème avec une urgence renouvelée.
“Il existe une douzaine d’études remontant à 10 ans qui disent fondamentalement la même chose en ce qui concerne le déclin de l’infrastructure DSN, (et) un financement doit être fourni pour la planification de la succession”, a déclaré Dodd. "Ces rapports ont-ils fonctionné ? Je pense ils ont soulevé les problèmes et les gens ont reconnu ces problèmes, mais de mon point de vue, nous ne voyons aucune action se produire au niveau de l’agence.
L’inspecteur général
de la NASA que la demande sur le DSN dépasse parfois l’offre jusqu’à 40 %. Les limitations de capacité ont “déjà impacté la capacité des missions de l’agence à atteindre pleinement les objectifs et à obtenir un plein retour sur investissement”, a écrit l’inspecteur général dans un audit de la DSN.“À mesure que les missions Artemis avec équipage seront mises en ligne et auront la priorité sur les missions sans équipage telles que le JWST et le Mars 2020 Perseverance Rover, les missions auront du mal à planifier l’heure DSN et pourraient ne pas recevoir la totalité de la capacité dont elles ont besoin pour une navigation et un transfert de données en temps opportun.” a écrit l’inspecteur général.
L’organisme de surveillance interne de l’agence a déclaré que le projet visant à moderniser les trois sites DSN avec davantage d’antennes de 34 mètres et d’émetteurs de plus grande puissance accusait un retard de cinq ans et que le coût des mises à niveau était passé à 706 millions de dollars. Cette dépense est longue à amortir pour le compte budgétaire de la DSN, qui est passé d’un niveau annuel d’environ 250 millions de dollars en 2010 à environ 200 millions de dollars aujourd’hui.
La NASA avait initialement prévu de remplacer les antennes de 70 mètres par un réseau d’antennes plus récentes de 34 mètres dans chaque station DSN, mais l’agence a décidé de maintenir en activité les paraboles vieillissantes de 70 mètres, selon le rapport de l’inspecteur général.
“Lorsque vous recherchez des infrastructures, il est difficile de convaincre qui que ce soit de soutenir le financement des infrastructures plutôt qu’un véhicule cool pour aller sur la Lune”, a déclaré Baldwin.
Environ 45 millions de dollars de financement supplémentaire par an pourraient permettre à l’équipe DSN de renforcer l’infrastructure du réseau et d’embaucher davantage de personnel pour fournir une assistance 24 heures sur 24 dans les trois stations, selon Dodd. Certaines antennes plus anciennes pourraient également être remises en service pour répondre à la demande croissante, a-t-elle indiqué.
“Si nous voulons que le DSN retrouve un avenir fiable, nous devons nous remettre de ces années de déclin”, a déclaré Dodd. Elle a ajouté que les astronautes pourraient être en danger si le DSN se déconnectait lors d’une mission Artemis sur la Lune.
Après avoir fait ces propositions aux dirigeants de la NASA, “le nombre de retours est nul”, a déclaré Dodd. “Je pense que nous pourrions certainement avoir besoin d’un certain plaidoyer au sein de l’agence.”
L’inspecteur général de la NASA a recommandé à l’agence d’explorer des options plus efficaces pour planifier le temps passé sur le Deep Space Network, telles que la tenue d’une liste de missions prioritaires largement accessible.
“Pendant les missions Artemis, les priorités simples sont Artemis, puis James Webb, et peut-être ensuite les CubeSats, quelque chose comme ça”, a déclaré Dodd. "Mais vous devez également prendre en compte la maintenance. La maintenance de la DSN doit être une priorité.
La NASA commence à planifier un nouveau réseau de stations de communication à travers le monde dédié aux missions lunaires, qui ne nécessitent souvent pas les plus grandes antennes du DSN. Ces nouvelles antennes ne seront opérationnelles qu’en 2027 et ne résoudront pas tout le problème du Deep Space Network, qui continuera à soutenir les missions Artemis, a déclaré l’inspecteur général de la NASA.
Une solution à plus long terme pourrait être les communications laser, qui n’utiliseraient pas du tout le DSN. La NASA lancera un ensemble de communications laser avec la mission d’astéroïdes Psyché en octobre pour démontrer les transmissions de données optiques à longue portée depuis la ceinture d’astéroïdes.
L’agence spatiale prévoit également d’acheter des services de relais de données provenant de satellites commerciaux que les entreprises envisagent de déployer autour de la Lune. Ces satellites relais seront particulièrement utiles pour les missions au pôle sud et sur la face cachée de la Lune, où les liaisons de données directes vers la Terre sont partiellement ou totalement bloquées.
La NASA s’appuie sur des stations au sol commerciales pour plus de la moitié du soutien de ses stations au sol pour les satellites de l’agence en orbite terrestre basse. L’année dernière, la NASA a sélectionné SpaceX, Amazon, Viasat, Telecast, SES et Inmarsat pour commencer à développer des capacités commerciales visant à remplacer le réseau de satellites de suivi et de relais de données appartenant au gouvernement, qui est utilisé pour une connectivité quasi continue avec la Station spatiale internationale et d’autres satellites. plus proche de la Terre.
Mais la NASA affirme qu’il n’existe pas d’alternative commerciale aux plus grandes antennes du DSN.
“Une chose à propos du Deep Space Network est qu’il ne ressemble pas à ce qui existe sur le marché commercial”, a déclaré Baldwin. « Il existe souvent une confusion entre ce que l’industrie est capable de faire et ce que le DSN peut prendre en charge. Ce que fait le DSN est tout à fait unique et (il n’y a) pas d’analogie facile avec ce qui est disponible sur le marché commercial.
Source: https://arstechnica.com/space/2023/08/nasas-artemis-i-mission-nearly-broke-the-deep-space-network/
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Le test de liaison par laser à réussi
L’outil de communications optiques dans l’espace profond embarqué sur la sonde Psyché a réussi à envoyer la transmission de données la plus éloignée via un faisceau laser vers et depuis la Terre.Une expérience dans l’espace lointain effectuée à bord du vaisseau spatial Psyché de la NASA vient de transmettre pour la première fois un message via laser à la Terre depuis bien au-delà de la Lune, une réalisation qui pourrait transformer la façon dont les vaisseaux spatiaux communiquent.
proche infrarouge Dans la démonstration la plus lointaine jamais réalisée de ce type de communication optique, le Deep Space Optical Communications (DSOC) a envoyé un laser codé avec des données de test depuis sa position à environ 16 millions de kilomètres (10 millions de miles), soit environ 40 fois. plus loin que la Lune ne l’est de la Terre – jusqu’au télescope Hale de l’observatoire Palomar de Caltech en Californie.
Le DSOC est une démonstration technologique de deux ans sur Psyché alors qu’il se dirige vers sa cible principale, l’astéroïde Psyché. La démonstration a atteint le « premier feu » le 14 novembre, selon le Jet Propulsion Laboratory (JPL) de la NASA, qui gère les deux missions, grâce à une manœuvre incroyablement précise qui a vu son émetteur-récepteur laser se verrouiller sur la puissante balise laser de liaison montante du JPL à son observatoire de Table Mountain. ce qui a permis à l’émetteur-récepteur du DSOC de diriger son laser de liaison descendante vers l’observatoire de Caltech à 130 kilomètres (100 miles).
« Atteindre les premières lueurs du jour est l’une des nombreuses étapes critiques du DSOC dans les mois à venir, ouvrant la voie à des communications à débit de données plus élevé, capables d’envoyer des informations scientifiques, des images haute définition et des vidéos en streaming pour soutenir le prochain pas de géant de l’humanité : envoyer des humains. vers Mars », a déclaré Trudy Kortes, directrice des démonstrations technologiques au siège de la NASA, dans un communiqué .
Les communications optiques ont déjà été utilisées pour envoyer des messages depuis l’orbite terrestre , mais il s’agit de la distance la plus longue jamais parcourue par des faisceaux laser. Dans un faisceau laser, le faisceau de photons se déplace dans la même direction et à la même longueur d’onde. La communication laser peut transmettre de grandes quantités de données à des vitesses sans précédent en regroupant les données dans les oscillations de ces ondes lumineuses, codant un signal optique pouvant transmettre des messages à un récepteur via des faisceaux infrarouges (invisibles pour les humains).
Vous pouvez voir l’émetteur-récepteur laser de vol au capuchon doré du DSOC sur Psyché lorsqu’il était installé dans l’installation Astrotech Space Operations de la NASA en décembre 2022.La NASA utilise généralement des ondes radio pour communiquer avec des missions situées plus loin que la Lune, et toutes deux utilisent des ondes électromagnétiques pour transmettre des données, mais l’avantage des faisceaux laser est que beaucoup plus de données peuvent être regroupées dans des ondes beaucoup plus serrées. Selon la NASA, la démonstration technologique DSOC vise à montrer des taux de transmission 10 à 100 fois supérieurs à ceux des meilleurs systèmes de communication radio actuels.
Permettre la transmission d’un plus grand nombre de données permettra aux futures missions d’emporter des instruments scientifiques à bien plus haute résolution et permettra des communications plus rapides lors de missions potentielles dans l’espace lointain – des flux vidéo en direct depuis la surface de Mars, par exemple.
“La communication optique est une aubaine pour les scientifiques et les chercheurs qui veulent toujours plus de leurs missions spatiales et permettra l’exploration humaine de l’espace lointain”, a déclaré le Dr Jason Mitchell, directeur de la division des technologies avancées de communications et de navigation au sein du programme de communications et de navigation spatiales de la NASA. . “Plus de données signifie plus de découvertes.”
Cependant, il y a quelques défis à tester en premier. Plus la distance à parcourir par la communication optique est grande, plus elle devient difficile, car elle nécessite une précision extrême pour pointer le faisceau laser. De plus, le signal des photons deviendra plus faible, mettant plus de temps à atteindre sa destination, créant éventuellement des délais de communication.
Lors du test du 14 novembre, les photons ont mis environ 50 secondes pour voyager de Psyché à la Terre. Au moment où Psyché atteint sa distance la plus éloignée, il leur faudra environ 20 minutes pour revenir en arrière – c’est assez long pour que la Terre et le vaisseau spatial aient bougé, donc les lasers des deux doivent s’adapter à ce changement de position.
Jusqu’à présent, la démonstration technologique record a été très réussie. “[The] test a été le premier à intégrer pleinement les ressources au sol et l’émetteur-récepteur de vol, obligeant les équipes opérationnelles DSOC et Psyche à travailler en tandem”, a déclaré Meera Srinivasan, responsable des opérations DSOC au JPL. “C’était un défi formidable, et nous avons encore beaucoup de travail à faire, mais pendant une courte période, nous avons pu transmettre, recevoir et décoder certaines données.”
Ou, comme le dit Abi Biswas, technologue de projet pour DSOC au JPL : « [Nous] avons pu échanger des « morceaux de lumière » depuis et vers l’espace lointain. » L’échange de morceaux de lumière vers et depuis l’espace lointain pourrait changer la donne dans la façon dont nous communiquons dans l’exploration spatiale.
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merci pour l’article!
par contre il y a une coquille dans le titre : “vieillissement” et non “viellisement”
