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 Comment Voyager dialogue-t-elle avec la Terre ? Par Erwan Lecomte

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le.cricket
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Comment Voyager dialogue-t-elle avec la Terre ? Par Erwan Lecomte Empty
MessageSujet: Comment Voyager dialogue-t-elle avec la Terre ? Par Erwan Lecomte   Comment Voyager dialogue-t-elle avec la Terre ? Par Erwan Lecomte EmptyMar 24 Sep - 23:21

Comment Voyager dialogue-t-elle avec la Terre ?


Comment les sondes Voyager 1 et 2 qui explorent l'espace profond parviennent-elles à discuter quotidiennement avec notre planète, à 19 milliards de kilomètres de distance.

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L'une des deux sondes Voyager, photo transmise par la NASA le 9 août 2002.

VERTIGINEUX. Il est certains chiffres qui donnent le vertige. Par exemple, la distance qui sépare la Terre de la sonde Voyager 1, actuellement en mission d'exploration de l'espace profond. Ce Christophe Colomb robotisé se trouve actuellement à presque 19 milliards de kilomètres de notre Terre. Et cette sonde, lancée le 5 septembre 1977, continue de s'éloigner de nous à une vitesse ébouriffante de plus de 60 000 km/h.
 
Voyager 1 est ainsi l'objet le plus lointain jamais envoyé par l'homme dans l'espace. Elle est talonnée de près par sa jumelle, Voyager 2, lancée en même temps qu'elle, et qui a franchi le cap des 15 milliards de kilomètres. Vous pouvez d'ailleurs suivre en direct la progression des jumelles sur cette page web que leur dédie la Nasa.

Une sonde à l'autre bout du monde

Durant les mois passés, on s'est longtemps posé la question de savoir si Voyager 1 avait franchi ou non les limites de l'héliosphère. C'est à dire la sphère d'influence de notre soleil. Pour cela, les ingénieurs de la Nasa ont surveillé chaque jour les informations fournies par les capteurs embarqués dans la sonde. Et cela pour guetter trois signes : la disparition des particules chargées provenant du champ magnétique émis par le Soleil, la détection de rayons cosmiques de basse énergie provenant de l'extérieur du système solaire et un brutal changement d'orientation du champ magnétique.

STABILISATION. Mais comment étudier les données d'un objet qui se trouve, au sens propre, à l'autre bout de l'univers ? Grâce à des ondes radio. Les sondes Voyager sont en effet pourvues chacune d'une antenne longue de 3,7 mètres dirigée en permanence vers la Terre.

« Pour se stabiliser, les sondes ont recours à des capteurs stellaires » explique Francis Rocard, astrophysicien au CNES. Il s'agit de capteurs semblables à ceux des appareils photo qui capturent les images des étoiles. Ces dernières constituent en effet autant de points fixes que la sonde utilise pour se stabiliser et se repérer pour savoir vers où pointer son antenne.

A la vitesse de la lumière

Le signal est alors émis sous la forme d'ondes radio en direction de la Terre. Les ingénieurs qui ont conçu les sondes Voyager ont opté pour les plus hautes fréquences disponibles à l'époque. À savoir la bande S (2 à 4GHz) et la bande X (8GHz). En effet, plus la fréquence de l'onde est élevée, plus il est possible, à énergie égale, de faire passer une quantité importante de données. « Aujourd'hui, on travaille avec des bandes de fréquence encore plus élevées » précise Francis Rocard. La bande Ka par exemple qui exploite des fréquences entre 27 et 31 Ghz.

Ces ondes filent vers la Terre à la vitesse de la lumière (environ 300 000 km/s) mais la distance est si importante qu'il leur faut actuellement plus de 17 heures pour effectuer le trajet ! Mais là n'est pas le plus impressionnant..

Une sensibilité d'un milliardième de milliard de Watts

Ce qui est bien plus surprenant c'est que les sondes Voyager émettent leur signal avec une puissance inférieure à 23 watts. C'est moins que certaines antennes de téléphonie mobile. Mais dans le vide de l'espace, où pratiquement rien ne vient gêner la propagation de l'onde, cette puissance suffit à parcourir cette distance colossale.

INFIME. Toutefois, à Terre, il est nécessaire de parvenir à capter ce signal infime, et là encore, la sensibilité des antennes a de quoi donner le tournis. Les sonde Voyager dialoguent quotidiennement avec les stations au sol du Deep Space Network (réseau d'exploration de l'espace profond). Elles sont au nombre de trois. Une en Californie (Goldstone), une en Espagne à Madrid, et la dernière non loin de Canberra en Australie.

Chacune d'entre elle dispose d'au moins une gigantesque antenne parabolique de 70 mètres de diamètre. Et celles-ci sont d'une extraordinaire sensibilité puisqu'elles peuvent détecter une fraction d'un milliardième de milliard de watt !

Assourdissants parasites

BRUIT. Toutefois, au fur et à mesure que la distance s'accroît, la quantité de parasites sur le signal devient de plus en plus importante. À tel point que « bruit » parasite peut se faire assourdissant par rapport à l'infime signal envoyé par les sondes. « La seule manière de contrer ce phénomène est de diminuer le « bitrate » c'est à dire la quantité d'informations envoyée par seconde via l'onde électromagnétique à haute fréquence » explique Francis Rocard.

On entrevoit donc qu'au delà d'une certaine distance, il ne sera plus possible de baisser le bitrate et que le bruit parasite couvrira toute communication. Mais ce n'est pas pour cette raison que les sondes Voyager perdront le contact avec la Terre. Non, le maillon faible est plutôt à chercher du côté de la batterie.

En effet, lorsque celle-ci arrivera au bout du rouleau et ne sera plus en mesure de se recharger correctement, elle ne pourra plus alimenter en énergie les fonctions vitales des sondes. Notamment, la stabilisation et le pointage précis de la Terre avec leur antenne. De ce fait toute communication avec les sondes sera alors impossible. C'est d'ailleurs pour prolonger cette durée de vie que de nombreux éléments d'électronique embarqués ont été petit à petit éteints. Néanmoins, la Nasa estime que l'on perdra contact avec les Voyager entre 2020 et 2025.



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