Dans l’espace, personne ne vous entendra crier… et pourtant, la sonde Voyager 2 a entendu « crier » le Deep Space Network un message lui demandant de remettre son antenne dans le bon axe afin de communiquer avec la Terre. Une opération délicate à plusieurs dizaines de milliards de kilomètres, d’autant plus avec du matériel datant des années 70.
Lancée en 1977 (août et septembre), les sondes Voyager sont désormais à près de 24 milliards de km de la Terre pour Voyager 1 et 20 milliards pour Voyager 2. Les deux vaisseaux spatiaux sont techniquement très proches, mais ont pris des directions différentes.
À une telle distance, la lumière met respectivement 22h et 18h pour faire le trajet. À l’heure actuelle, les communications sont toujours établies, mais comment fait-on pour échanger à une telle distance, surtout avec des technologies qui ont plusieurs décennies ? Pas si simple.
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Deep Space Network à Voyager 2 : « est-ce que tu m'entends hé ho ? »
La question se pose d’autant plus que la sonde Voyager 2 a donné ces dernières semaines quelques sueurs froides aux ingénieurs de la NASA. En effet, le 21 juillet, « une série de commandes planifiées » a été envoyé au vaisseau spatial. Problème, « par inadvertance [elles ont] fait pointer l'antenne à 2 degrés de la Terre. En conséquence, Voyager 2 est actuellement incapable de recevoir des commandes ou de transmettre des données vers la Terre ».
L’Agence spatiale américaine précise que l’antenne de la sonde dispose d’une fonction qui réinitialise son orientation plusieurs fois par an, afin de toujours la garder pointée vers la Terre. Problème, la prochaine réinitialisation est programmée pour le 15 octobre. Sans communication, impossible d’envoyer des ajustements à la sonde. Mais la NASA ne souhaitait pas rester les bras croisés en attendant.
Le 1er août, l’Agence spatiale américaine détecte une « porteuse » via son réseau DSN (Deep Space Network). « Le signal est trop faible pour que les données soient extraites, mais la détection confirme que le vaisseau spatial fonctionne toujours », un premier soulagement de le savoir toujours en « vie ». L’Agence tente alors de lancer une bouteille à la mer, ou plutôt de « crier » une commande à Voyager via son réseau DSN. « Cette tentative peut ne pas fonctionner », prévenait la NASA n’y croyant visiblement qu’à moitié. Mais, presque contre toute attente, le pari s'est avéré gagnant !
Près de 37 heures (18h aller, puis de nouveau 18h retour pour connaitre le résultat) après le « cri » du DSN, Voyager 2 recommence à envoyer des informations, signe que l’antenne est de nouveau dans la bonne orientation. La NASA récupère de nouveau « des données scientifiques et de télémétrie, indiquant que la sonde fonctionne normalement et qu’elle reste sur sa trajectoire prévue ».
Une antenne, deux bandes de fréquences, quelques kb/s
Bonne nouvelle donc, mais comment fait-on pour communiquer avec une sonde à 20 milliards de kilomètres, sachant qu'en plus, elle dispose de peu de puissance pour l’ensemble de ses instruments ? Réponse courte : les ondes radio, qui se déplacent à la vitesse de la lumière (300 000 km/s environ). Dans la pratique, c’est plus compliqué.
Les deux sondes sont équipées d’une antenne à haut gain (HGA ou High-Gain Antenna) de 3,66 mètres de diamètre. La NASA explique que « les communications en liaison montante se font via la bande S (débit de 16 bits/s), tandis qu’un émetteur en bande X fournit une télémétrie en liaison descendante à 160 bits/s », capable de grimper jusqu’à 115,2 kbits/s. Les sondes intègrent également un DTR (Digital Tape Recorder) d’une capacité de 500 Mo environ, afin d’enregistrer des données et les transmettre plus tard lorsque les communications ne sont pas établies.
Quelques précisions : la bande S se situe entre 2 et 4 GHz, contre 8 à 12 GHz pour la bande X. Dans le cas de Voyager, des fréquences de 2,11 GHz sont utilisées pour la liaison montante, mais aussi de 2,29 GHz en descendant dans la bande S. Sur la bande X, la fréquence est de 8,42 GHz. Depuis maintenant des années, seule la bande X est utilisée pour les communications descendantes. En effet, plus la fréquence est élevée, plus on peut transmettre de données avec une même quantité d’énergie. Aujourd’hui, les satellites montent bien plus haut, notamment en bande Ka entre 27 et 31 GHz.
20 watts pour le système de transmission, c’est peu !
Il faut de l’énergie pour mener les expérimentations, récupérer les données et ensuite les transmettre à la Terre. Les sondes exploitent des générateurs thermoélectriques à radioisotope (RTG) qui étaient capables de fournir 470 watts au lancement. Depuis, leurs capacités sont descendues aux alentours de 260 watts, et diminuent d’années en années. Il faut donc faire des choix, désactiver certains composants et en prioriser d’autres, sans oublier qu’une vingtaine de watts sont utilisés par le système de communication. 20 watts, cela paraît tellement peu pour des communications à plusieurs milliards de kilomètres.
À titre de comparaison, « les puissances émises par les émetteurs de télévision peuvent atteindre plusieurs centaines de kilowatts », tandis que la puissance d’une « antenne relais de téléphonie mobile est beaucoup plus faible que celle des émetteurs de radiodiffusion, de l’ordre quelques centaines de watts », rappelle le site radiofréquence. On est toujours loin des 20 watts de Voyager, mais détail important : dans l’espace, le vide règne en maitre et les ondes radio peuvent circuler beaucoup plus librement.
Des antennes de 70 mètres pour le Deep Space Network
Voilà pour la partie des sondes, mais comment cela se passe sur Terre pour récupérer un signal venant des confins de notre système solaire et qui est « moins puissant que l'énergie émise par une ampoule de réfrigérateur », comme s’amuse à comparer la NASA ?
C’est le travail du Deep Space Network, un réseau d’antennes de 34 à 70 mètres. Il comprend trois stations au sol – Canberra en Australie, Madrid en Espagne et Goldstone en Californie – gérées par le Jet Propulsion Laboratory de Pasadena. Les trois sites sont séparés de 120° en longitude (120° x 3 = 360°, vous voyez venir la suite ?) permettant ainsi au DSN de couvrir l’intégralité du ciel malgré la rotation de la Terre. Il est ainsi possible de garder des liaisons ininterrompues si besoin.
Selon Science et Avenir, les antennes du DSN « sont d’une extraordinaire sensibilité puisqu'elles peuvent détecter une fraction d'un milliardième de milliardième de watt ! ». En effet, sur cette page, lorsqu'une des antennes reçoit des signaux de Voyager (abrégé en VGR1 ou VGR2), on peut voir le débit et le niveau de puissance : 160 bits/s et -160 dBm (1 x 10⁻¹⁹ watts) dans le cas présent, sur l’antenne de 70 mètres à Canberra en Australie.
Une des antennes de 70 mètres du DSN
Lorsque la distance entre la Terre et la sonde augmente, le signal perd en qualité et gagne en parasites ou « bruit ». « La seule manière de contrer ce phénomène est de diminuer le "bitrate" c'est-à-dire la quantité d'informations (ou nombre de bits) envoyée par seconde via l'onde électromagnétique à haute fréquence », expliquait Francis Rocard à nos confrères.
Ce n’est pas tout : « Lors de la transmission, il se produit des erreurs dûes à des phénomènes perturbateurs : bruit, parasites, etc. Afin d'y remédier, le signal à bord de la sonde est codé suivant deux niveaux, la puissance du code s'en trouve fortement amélioré. Voyager utilise un code convolutionnel concaténé avec un code Reed-Solomon, le gain du codage est d'environ 8 dB, par rapport à la non-utilisation d'un code, pour une probabilité d'erreurs de 10⁻⁶. Un tel taux d'erreurs est aujourd'hui nécessaire pour les images compressées et la télémétrie devenue plus complexe par rapport aux premières missions spatiales », explique Michel Guillou, docteur en Histoire des techniques de l'Université de Paris-Sorbonne (Paris IV).
À Canberra, le DSN peut émettre jusqu’à 100 kW
Par contre, lorsque le DSN envoie des données aux sondes avec Voyager, on peut voir que la puissance d’émission n’est pas du tout la même : 20 à 40 kW environ, voir plus si besoin. C’était justement le cas il y a quelques jours lors du « cri » envoyé dans l’espace pour demander à Voyager 2 de remettre son antenne dans le bon axe :
« Le Deep Space Network a utilisé son émetteur le plus puissant pour envoyer la commande (100 kW en liaison montante sur la bande S depuis le site de Canberra) et le bon moment pour qu'il soit envoyé dans les meilleures conditions possibles lors du passage de l’antenne afin de maximiser la possibilité pour la sonde de recevoir le message », explique à l'AFP Suzanne Dodd, responsable du projet Voyager.
Le DSN recevant des données depuis Voyager 1 (VGR1)
Commentaires (54)
#1
Passionnant, merci pour cet article.
#2
Super article, merci !
#3
Et bien voila, on sait quoi chercher quand on enverra des satellites espionner des planètes ou des lunes pour découvrir une espèce intelligente : des antennes de 70 mètres de diamètre ca doit se voir de haut !
#4
Ma voisine électrosensible aussi.
Blague à part, même connaissant l’effet hétérodyne, ca m’interpelle toujours qu’on puisse détecter des signaux aussi bas dans notre atmosphère bruitée.
#5
Du coup, est-ce qu’elle ne devrait pas postuler à la NASA ? En plus, elle prend moins de place et coûte probablement moins cher
#6
Merci pour cet article passionnant et facile à comprendre
#7
Ca me fascine que des sondes envoyées il y a si longtemps aient voyagé autant et soient toujours en bon état de fonctionnement, qu’elles n’aient rencontré le moindre obstacle, le moindre petit (ou plus gros) caillou qui aurait pu les endommager.
Est-ce que leurs trajectoires sont étudiées en amont avec des calculs de fous furieux pour étudier toutes les orbites et objets pris dedans qu’elles froleraient, ou bien plus “simplement” leurs trajectoires sont réajustés fréquemment pour éviter les corps dont les trajectoires sont anticipables, mais alors un tel niveau de suivi forcerait le respect voire l’admiration, 45 ans rendez-vous compte, et bravo pour avoir été à la pointe de la technologie de l’époque et d’avoir conçu du materiel “évolutif”
#7.1
Je ne pense pas qu’on a étudié les trajectoires pour autre chose que les passages à proximité des planètes externes du système solaire (en essayant d’éviter leurs gros satellites connus, probablement, mais l’espace est tellement vaste).
Effectivement, c’est très impressionnant que ces sondes fonctionnent encore et puissent envoyer des informations de certains capteurs (et qu’on les reçoive).
#7.2
En terme de probabilité, une fois que les sondes ont quitté l’écliptique et les systèmes (joviens et saturniens), la chance de rencontrer quelque chose est infime.
Si tu veux visualiser en 3D la chance de taper un truc, imagine une grosse galette => ça c’est l’écliptique. Tu as quelques grumeaux (autour de Jupiter et Saturne), ensuite c’est quasiment du vide au dessus et au dessous ! Les 2 sondes ne sont plus dans cet axe depuis longtemps.
Les endroits de notre système solaire qui sont très fréquentés sont pleins de vide, à notre échelle d’humain. Une sonde ne représente vraiment pas grand chose dans le vide.
L’ISS en orbite basse a bien bien plus de chance de se faire taper par un truc, entre les déchets et les micro-météorites (pléiades etc… ou simplement détournées par la gravité de la Terre ou du Soleil).
#7.3
Même dans l’écliptique, la probabilité pour une sonde comme Voyager de rentrer dans quelque chose est infime, l’espace est tellement vide en général.
#8
“inadvertance” s’est fait viré ?…
Top l’article, quand même, faut le dire !
Deux sondes qui ont quasiment mon âge … Qui m’ont faite rêver tout petit, et peut-être encore aujourd’hui !
#9
Merci pour cet excellent article! Je me demandais justement comment fonctionnaient les communications sur de telles distances.
#10
Article passionnant ! Merci !
#11
Merci pour l’article mais je ne comprends pas trop le “cri” qui y est mentionné. De quoi s’agit il exactement ?
Aussi, je me demande quelle est la vitesse des sondes aujourd’hui et si elles sont assez élevées pour que les fréquences émises soient décalées (red/blue shift) à la réception ?
#11.1
Actuellement, Voyager 1 se déplace à 60 982 km/h et Voyager 2 à 55 081 km/h.
Soit 0,00567% de la vitesse de la lumière pour Voyager 1 et 0,00514% pour Voyager 2.
Aucun risque pour que les signaux soient impactés par un quelconque effet Doppler.
#11.2
@Ghimo, poursuis ton raisonnement jusqu’au bout et tu verras que l’effet Doppler est assez important :
Fd = Vr / lambda, si on prend 16600 m/s pour Vr et 4cm pour lambda, ça donne un décalage de 462 kHz soit pas loin de 0,5 MHz.
Mets toi sur ta station radio préférée, décale toi de 0,5 MHz, et tu verras que n’entendras plus ta radio, mais surement une autre radio ou rien du tout :)
Et même si le décalage était moins important, pour atteindre le maximum de sensibilité (fortement conseillé dans ce cas précis), il faut filtrer au plus juste autour de la bande de fréquence de réception, donc bien prendre en compte ce décalage.
#11.3
Merci pour tes explications 👍
#12
C’est rigolo, mais une partie de l’année, les sondes Voyager se rapprochent de la Terre. A cause de l’orbite de cette dernière :)
https://earthsky.org/upl/2022/03/Voyager-2-distance-from-Jan-2013-to-Dec-2030-TheSkyLive-1.jpg
C’est effectivement pas clair dans l’article, mais simplement : Voyager visait pas bien la Terre. L’antenne étant déviée de 2°. Ca semble pas beaucoup, mais à cette distance, ça équivaut à manquer la Terre de 800 millions de kilomètres. Donc envoyer des données, c’est pas possible. Et la sonde peut pas augmenter la puissance pour essayer d’inonder la zone.
Mais de la Terre, on peut toujours viser précisement, ET augmenter la puissance, et c’est ça le cri : essayer d’augmenter la puissance et la precision pour que la sonde, malgré ses 2°, capte suffisamment de données pour se remettre correctement.
Et ça a fonctionné :)
#13
Et dire que mon ESP32, au bout du jardin, n’arrive pas a accrocher le wifi de la maison…
#14
Ca dépend de la gamme de fréquence, mais lorsque l’on reçoit une émission ARISS en provenance de l’ISS, il est nécessaire de décaler la fréquence de réception (particulièrement pour la bande de fréquence la plus élevée qui peut parfois être utilisé - je crois dans les 437 MHz, mais je dis ça de tête sans être sûr).
Personnellement, je pense que oui, il doit y avoir un effet doppler (cela reste un avis personnel, hein).
#15
Merci pour l’article et ses explications
#16
L’émetteur de la sonde = 20w = Une ampoule de réfrigérateur !
ça laisse rêveur
Merci Sébastien pour cet article
#17
L’espace, c’est du vide. La probabilite que les sondes rencontrent un obstacle est proche de 0.
Moi ce qui m’impressionne c’est l’energie utilisee. Comment fonctionnent les batteries??? ca fait quand meme 45 ans qu’elles fonctionnent!!!!
#18
Générateur thermoélectrique à radioisotope
#19
Installe une antenne de 70m et le tour est joué
Et ça fera parasol sur la terrace en même temps si jamais faut justifier du WAF.
#20
merci ))
#20.1
Les rovers américains sur Mars sont aussi équipés de RTG d’ailleurs, ce qui explique leur longévité et résistance à la couverture de poussière qu’ils peuvent subir.
#20.2
Malgré les nombreux avantages d’un tel système par rapport aux panneaux solaires(ça fournis pas mal d’électricité, de manière continue quelles que soient les conditions, sur une très longue période et en plus ça produit de la chaleur pour garder les composants électriques au chaud), il faut produire les isotopes (plutonium 238). Ça coute malheureusement beaucoup trop cher. Aux USA, ça faisait pratiquement 30 ans qu’ils avaient arrêté la production du plutonium-238 et qu’ils ne tournaient qu’avec leur stock.
.
Du coup, en Europe, pour l’instant, c’est du panneau solaire, ce qui fonctionne très bien pour la très grande majorité des usages jusqu’à présent. Au moins, si Ariane 6 explose, on n’aura que du verre pilé à ramasser
#21
Merci pour l’article.
Vu leurs âges, je pensais qu’elles étaient hors service depuis longtemps.
#22
Mouais, mouais, mouais…
Cet excellent article ne répond toujours pas à LA question, la seule qui aie de l’importance :
Mais quand est-ce que, bon sang de b*rdel de bois, les Voyagers vont enfin rencontrer E.T. ?
Je veux dire, bon, ouais, c’est sûr, la conjoncture, le réchauffement, l’économie, la politique, le social, la banlieue c’est pas rose, la banlieue c’est morose, toussa…
Mais d’un autre côté… enfin, crûte, quoi ! Le peuple veut savoir !
(…“Et le peuple, c’est moi !”
==>>)
#23
qui te dit qu’elles ne les aient pas déjà rencontrées, et que les gouvernements ne sont pas mis en place et contrôlés par des ET reptiliens depuis leur base secrète sur la face cachée de la Lune ?
#24
merci “Seb.” !!!
#25
J’ajoute mes remerciements Seb pour cet article !
#26
Surtout qu’on sait ce que ça donne.
#26.1
Pas le bon film… le 4 c’est avec les baleines et la célèbre scène où Scotty parle dans la souris d’un Mac en croyant que c’est le micro de l’ordinateur
C’est le premier avec v’ger …
#26.2
#27
On leur a quand même envoyé une mixtape, des nudes et les instructions de commande venir chez nous.
#28
La sonde Voyager a été comme le coeur de l’intrigue du premier film Star Trek: “Star Trek, the motion picture”, film sorti en… 1979… Et les sondes sont encore vivantes… Comme quoi le scénario n’est peut-être complètement impossible
“Une sonde Voyager rencontre une civilisation extraterrestre très avancée qui comprend que le but de la sonde est de collecter des données. Ils lui construisent un énorme vaisseau spatial et placent la sonde en son coeur, genre d’immense musée flottant de l’espace qui avale tout sur son passage et que rien ne peut stopper, pour sa collecte d’infos. Et la sonde est de retour, droit cap sur la Terre…Le Capitaine Kirk est envoyé sur le coup…”
#29
Ah effectivement, j’ai confondu. Et surtout, je n’ai pas lu tout le résumé de la page Wikipédia …
La scène dans le IV dans laquelle Scotty parle dans la souris du Mac, je l’adore. Dès que j’entends quelqu’un s’adresser à son téléphone Android, son iPhone ou une enceinte Alexa, je revois la scène et je rigole tout seul : “Ordinateur ! Ordinateur !”
#30
Merci pour l’article et … Aussi pour tous les commentaires qui le complètent !
#31
Hmmm, c’est dans le 4 qu’ils reviennent en 1986 … d’où provient certainement ce commentaire …
#31.1
Non , “Strar Trek , The motion picture” (1979). Le 1er film de la saga StarTrek
Elle
Mais elle décédée….
Persis Khambatta (2 October 1948 – 18 August 1998) was an Indian model and actress who is best remembered for playing Lieutenant Ilia in the feature film Star Trek: The Motion Picture (1979).
#31.2
Je faisais référence à ton commentaire sexiste, tout droit sorti des années 80.
Rien que l’expression “ avait l’air vachement bonne”, non seulement est indigne mais surtout, n’a rien à voir avec le sujet.
Bref, il faudrait arrêter d’écrire avec nos b*tes (surtout que c’est pas facile sur un clavier).
#31.3
Ça y est le Wokisme en action a débarqué à NXI…. Oh non Pitié… D’ailleurs pour info, ils en sont en train d’y revenir aux US tellement ç’est devenu du grand n’importe quoi…
.
Dave Chappelle, artiste humoristique noire a décidé de ne plus faire de représentations dans les campus universitaires US parce qu’ une partie de plus de plus grande d’étudiants n’acceptent plus la moindre contrariété dans les propos qu’ils peuvent entendre. Il faut que tout soit lisse et édulcoré.
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Ce Walt Disney, quel visionnaire dans les années 30 !
Ca rappelle un peu le début du film “Demolition Man” avec Stallone d’ailleurs…
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C’était juste un peu imagé sans aucune arrière pensée ou propos macho ou sexiste de ma part… Ça a choqué ? Non mais sérieusement… ??
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Pourtant j’ai les idées plus larges que tu ne penses et une conception de la relation homme-femme plus évoluée que ton commentaire le suggère:
1 - DeadPool, la scène dans la chambre à coucher, quand Ryan Reynolds parle en off: “Jour de la Valentin”. Bon ça c’est fait.
2 - Sortir un soir avec une américaine noire lesbienne (accessoirement diplômée avec un BsC de Harvard et en 2nd d’année d’EMBA de UC Berkeley - merci les soirées étudiantes) et sportive en plus…, Bon ça c’est fait aussi (un remake du jour de la St Valentin).
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Bref…
#31.4
Bonjour,
Oui, j’ai été choqué par votre message, sans être « wokiste ». Celui-ci est tout bonnement vulgaire. Il démontre aussi un regard porté sur les femmes très peu chaste. Celles-ci ne devraient pas être des objets sur lesquels fantasmer.
Cordialement
#32
Merci pour ce passionnant article !
Fier d’être un membre premium :)
#33
Ce qui illustre bien l’énorme gâchis d’énergie de notre société qui n’optimise quasiment pas en étant persuadé que les ressources sont infinies… Du coup, la compression des contenus multimédias, l’optimisation des codes sources, etc. passent en partie à la trappe. Quand on voit les débits d’échanges, on voit qu’il faudrait aussi plusieurs heures de transfert pour charger juste un petit script JS d’une page web !
#33.1
C’est sûr qu’avec 16 octets par seconde en moyenne, ton seul commentaire prendrait 26s à s’afficher (sans la citation) et pour télécharger juste le texte de l’article (environ 9142 caractères) il faudrait 571s, soit environ 9 min 30.
En shuntant le 3⁄4 des couches OSI, en codant en C et assembleur directement sur le matériel, on est capable de faire des pages web hébergées sur des puces à peine plus puissants que celle de ta carte bleue. Mais pourtant, bizarrement, on ne le fait pas…
#34
En 1975, c’était 200$ le ko de RAM, donc tu comprends que ca valait le cout d’optimiser.
En 2023, c’est 40 millions de fois moins cher (5$ le Go).
#35
Chuis désolé… ça me trotte dans la tête depuis hier : une ampoule de frigo c’est plus 20W depuis bien longtemps… https://www.amazon.fr/ampoule-frigo/s?k=ampoule+frigo
Bon, à part cette remarque parfaitement dispensable, bravo et merci pour cet article ! C’est inspirant…
#36
T’as pas assez travaillé ta souplesse …
#37
A part ça merci pour cet article excellent !
#38
PS je n’avais pas lu les commentaires après celui de @DantonQ-Robespierre …
#39