Transmission de données à 10 milliard de kilomètre

Bonjour,
Lecteur occasionnel mais toujours intéressé par l'espace (en général), je souhaitais savoir comment (par quels moyens ou quelles technologies) les données sont échangées entre la terre et les satellites lancés à des milliards de Km de la terre.
Amateur de modèles réduits radio commandés, j'ai utilisé le 27 MHz, le 72 MHz et maintenant le 2,4 GHz..... Mais eux, les scientifiques, comment conversent-ils avec leurs "tagazous" ?  Car, si je sais réagir dans le 0,1 de seconde pour corriger la trajectoire de mon modèle, il faut peut-être deux mois avant que l'ordre ne soit reçu par le satellite ....  Non ?
Merci d'avance pour votre éclairage.

toute les manœuvres comme celle de ce matin des manœuvre automatique, la séquence et testé sur terre puis envoyé a la sonde par signaux radio garce au grande parabole que dispose chaque agence sur le globe ( en fonction d'ou ce trouve la sonde par rapport a la terre, ce sera l'une au l'autre qui sera choisie). Par exemple quand les équipe de curiosity demande de se déplacé de 100m vers l'avant les image envoyé l’a veille sont étudier pour choisir le meilleur chemin puis on cré la séquence de travail et éventuellement on la teste sur le Curiosity de test qui est au JPL puis on envoie tous sa et le lendemain on attant que la séquence s'exécute.

Tout ce qui concerne les liaisons avec les sondes spatiales qui voyagent dans le système solaire (les satellites de la terre ne sont pas concernés) est lié au DEEP SPACE NETWORK (Réseau de l'espace lointain).
Inauguré en 1962 avec la première sonde interplanétaire Mariner 2 vers Venus,  le réseau est conçu pour ne pas perdre la liaison radio avec les sondes malgré la rotation de la Terre. Il est composé de plusieurs stations réparties autour du globe en australie, espagne, états-unis. Les moyens de réception (antennes et récepteurs) n'ont cessé d'évoluer depuis les années 60 (puissance d'émission, sensibilité et moyen de traitement de l'information).
Par exemple, lors du lancement des sondes Pioneer 10 et 11 en 1972 et 1973, les capacités de l'époque ne permettaient de maintenir le contact radio jusqu'à Saturne. Au fur et à mesure des années, les capacités d'émission/réception se sont améliorées et ont permis de garder le contact avec Pioneer 10 jusqu'à l'épuisement de son énergie en 2003, à plus de 12 milliards de kilomètres soit une capacité 10 fois supérieure en portée radio aux moyens de 1972.
Pour plus de précisions : http://fr.wikipedia.org/wiki/Deep_Space_Network

Avant tout pour une liaison lointaine, il n'y a pas de miracle, il faut de grosses et puissantes paraboles sur Terre pour établir un contact.

Ensuite, pour le temps d'émission, effectivement cela peut prendre plusieurs heures pour une sondes très lointaines.
Pour un rover sur un sol, on procède généralement à une planification de l'itinéraire, qui est envoyé au rover et qui l'execute, aidé par des cameras qui analysent la route.
Pour une sonde dans l'espace, et bien en général le temps n'est pas un problème, la sonde suit sa route, qui est corrigée parfois si besoin est mais on n'est pas à quelques heures près, le voyage d'un astre à l'autre se fait parfois en année. Cela dit certaines sondes sont capables de se diriger seules, d'analyser leur position en fonction des étoiles et d'intervenir rapidement. Mais à par pour une rentrée atmo ou un retrofreinage, aucune manoeuvre n'est urgente à une ou deux heures près. S'il y a une erreur de trajectoire on le sait généralement à l'avance et on anticipe.
Pour la ceinture d'astéride entre Mars et Jupiter, il faut savoir qu'en réalité l'espace entre deux asteroides est de plusieurs (dizaines) kilomètres, donc statistiquement ça passe sans problème.

Le seul hic serait une panne subite, vanne bloquée, fuite, etc, et là effectivement le temps que l'émission arrive, et qu'on s'en apercoit et qu'on envoi un ordre, il pourrait etre trop tard. Ce temps de voyage des ondes est malheureusement incompressible.

Mustard a écrit:en réalité l'espace entre deux asteroides est de plusieurs (dizaines) kilomètres

C'est même légèrement plus que ça  

Sinon pour répondre à la question sur les fréquences et tout ça, les sondes lointaines communiquent en général en bande X. Par exemple New Horizons, qui devra discuter depuis plus de 5 milliards de kilomètre, va utiliser du 7.1GHz (up) et du 8.4GHz (down). Les grandes antennes du DSN sont capables de communiquer en bande S en plus de la bande X, et elles sont en train d'intégrer les bandes K.
Les SNR sont assez impressionnants, puisque les niveaux audibles frisent les -200 dBm. :eeks: 

Merci les gars pour vos explications. J'en suis complètement (techniquement) pantois.
Quelle fantastique évolution technologique depuis mes études sur les guides d'ondes il y a 40 ans......
Alors, j'ai une question annexe à 10 euro (lol) : comme effectivement, il faut des (très) grandes paraboles ou cornets avec beaucoup de puissance, comment les scientifiques peuvent ils se "caler" sur le véhicule spatial "x" ou "y" ou "z" car pointer vers le ciel, c'est bien, se synchroniser sur "son bidule", c'est mieux !! Avec plusieurs centaines ou milliers d'objets actifs (rayonnants) dans le ciel, à scruter ou à contrôler, cela n'est pas une mince affaire.  Utilisent-ils des modulations de fréquences différentes ou des modulations de phases différentes ?
J'en suis "ba-ba" !  :ven:   Salutations et merci encore.

Quelques éléments de réponse qui n'ont pas été mentionnés.

Tout d'abord aucun engin spatial ne reçoit tous ses ordres du sol. Il y a toujours un minimum d'autonomie à bord pour gérer les phases sans contact u les temps de transmission trop longs. En gros, sur détection d'anomalie l'engin passe en mode dit survie (mise charge utile en veille, pointage dit "soleil" pour récupérer de la puissance), passivation si possible de la panne et attente d'une séquence du sol pour faire ce que l'on appelle 'la remontée de conf'. Les quelques cas où m'engin décide tout seul de la reconfiguration à effectuer est lorsque la situation ne permet pas d'attendre, typiquement: injection en orbite (faut pousser au bon moment....), rentrée (même raison), lancement (le bidule est un peu difficile à arréter....), déploiement d'appendices etc...

Ensuite, on utilise aujourd'hui quasi exclusivement de la modulation de phase qui est très robuste et relativement facile à générer. Les Russes utilisent encore de la FM sur les vols habités, mais c'est anecdotique. Quand on communique loin le vrai problème n'est pas tant la puissance que le débit. En fait ces deux paramètres sont liés. plus on communique 'vite' plus il faut de puissance pour tenir le fameux eb/N° qui caractérise les liaisons.

Pour ce qui est de l'accrochage d'un satellite, au sens strict la synchro de fréquence se fait avec une PLL et éventuellement une correction à priori du Doppler pour faciliter l'accrochage RF. (Ne pas oublier le Doppler qui peut atteindre quelques MHz entre un GEO et un LEO) Cependant la question posée me semble plus concerner la discrimination des satellites dans une même bande. Il y a une discrimination essentiellement 'géographique' on évite que deux satelites se trouvent simultanément dans le lobe de l'antenne d'émission qui est généralement assez fermé, de l'ordre de quelques degrés voire moins. Par ailleurs, si cela se produit les TC étant cryptographiquement authentifiées au moins (sinon complètement chiffrées) il ne peut y avoir d'ordre exécuté par erreur. Au pire il peut y avoir brouillage. Une autre méthode qui commence à être utilisée est le passage en spectre étalé, technique dans laquelle les signaux sont quasiment sous le niveau de bruit. Le lecteur qui utilise le 2.4 GHz fait probablement du spectre étalé.

Pour quantifier la discussion, une liaison TC est entre 1 Kbps et 100 Kbps. On peut faire du 1 Mbps mais ça ne sert pas à grand chose aujourd'hui. La voie descendante, disons TM pour faire simple peut aller de quelques centaines de Mbps en orbite basse (voire de l'ordre de 2 Gbps au taquet du taquet), quelques Mbps pour une sonde vers L2 (typiquement Gaia descend les données vers 7 Mbps en conservant des marges joufflues et en utilisant une antenne à balayage électronqiue), à quelques bps pour un voyage au bout du système solaire.

Ne pas oublier que les liaisons sont protégées par des codes correcteurs assez sophistiqués et que par dessus cette couche les protocoles gèrent aussi les erreurs. Et surtout, on designe avec des marges!!! Comme disait l'autre "c'est pas un sport de masse".

Bons Vols

Tu parles de satellites terrestres là. Les rovers sur Mars ou les sondes lointaines ont des débits bien plus faibles.
Ainsi, malgré sa parabole de 2m de diamètre, New Horizons émettra au niveau de Pluton à environ 1 kbits/s.

Tu parles de satellites terrestres là. Les rovers sur Mars ou les sondes lointaines ont des débits bien plus faibles.

Pas uniquement, j'ai bien détaillé les cas, en particulier:

à quelques bps pour un voyage au bout du système solaire.

Pour ce qui est des Rovers Martiens cela dépend aussi si la liaison se fait en direct depuis le Rover ou si on utilise un orbiter comme relais (en UHF dans ce cas pour la liaison rover orbiter).

In fine cela depend de la puissance à l'emission (pas trop grasse en général quand on va loin...), du gain de l'antenne bord et du G/T de l'antenne sol. Mars Express par exemple envoie les données à 230 Kbps sur la 35 m de New Norcia, ce qui ferait quasiment du 1Mbps sur les 70m du DSN. Je ne parle que du bilan de liaison, je n'ai pas dit que les modulateurs de M.E. pourraient atteindre ce débit. D'ailleurs les filtres sont certainement trop étroits pour ça.

Bons Vols.

Oui, vous abordez tous les deux les règles des transmissions de données numériques et je peux témoigner que pas plus tard qu'hier,
je cherchais sur un scanner panoramique qqs traces du signal de ma box WiFi, sans grand succès sauf dans le bruit un vague
nuage qui était peut-être ça (étalement de spectre sous le bruit de fond). Je ne pense pas qu'il y ait du saut de fréquence
dans ces systèmes.
Au fait ne pas oublier qu'au plus l'antenne a du gain souvent au plus son ouverture est petite. Il faut dans ce dernier cas ajouter
une mécanique de précision pour pointer au plus juste ; et précision mécanique sur un monstre de 70 m de diamètre ce n'est pas 
trivial à contrôler.

Bon, le Doppler n'ajoute pas  de la facilité à cette histoire. Les communications numériques (mais même analogiques aussi) ne sont
pas une simple affaire de radio...

Ca me rappelle le récepteur de Voyager 2 qui était tombé en panne pour presque toute la mission, et il ne pouvait plus corriger le Doppler reçu depuis la Terre. Il a fallu beaucoup d'ingéniosité et anticiper le Doppler pour envoyer un message décalé en fréquence pour que la sonde puisse le lire.