La transmission des données d'une mission vers la Terre

Une sonde planétaire peut être équipée soit d'instruments installés sur une (des) plate-forme(s) mobile(s), soit d'instruments fixés -et fixes- sur une partie du vaisseau. Dans le premier cas, la sonde peut renvoyer les données à la Terre au fur et à mesure que les instruments acquièrent les données alors que, dans le deuxième cas, le vaisseau devra accomplir différents changements de position pour positionner ses instruments en direction de la cible. Avec la technique des plate-formes mobiles, l'attitude générale de la sonde reste stable et donc son antenne de transmission de données (dite antenne à haut gain) peut rester dirigée vers la Terre et les antennes du Deep Space Network alors qu'avec des instruments fixes, le satellite devra accomplir des changements d'attitude pour diriger ceux-ci vers la cible, ne permettant plus à son antenne de transmission d'être correctement orientée. Une fois l'acquisition des données réalisée, alors seulement le vaisseau peut ré-orienter l'antenne à haut gain en direction de la Terre. Dans ce cas, entre le moment où les données seront acquises et celui où elles pourront être transmises à la Terre, elles sont stockées sur un ou plusieurs enregistreurs (en anglais: "Solid State Recorder", SSR). Après un certain temps après la transmission, les données de l'enregistreur peuvent être effacées pour laisser de la place, par exemple, pour une extension de mission

cliquer vers une illustration des deux façons dont une mission planétaire acquiert et transmet ses données

La mission Cassini, de la NASA, qui est actuellement en train de travailler dans le système de Saturne, est ainsi équipée d'instruments fixes. Elle travaille donc 15 heures, pendant lesquelles elle prend des images et effectue des mesures scientifiques puis elle dispose de 9 heures pour renvoyer les informations. Cassini transmet 500 images par jour. Les deux enregistreurs de Cassini ont, combinés, une capacité de 4 giga-octets

Pour la plupart des vaisseaux équipés d'enregistreurs, la pratique est de conserver les données en stock pendant un ou plusieurs jours -car les enregistreurs n'arrivent pas à leur limite de stockage suite à une seule séance d'imagerie ou de travail scientifique. Dans tous les cas, cependant, lorsque les données doivent être stockées puis transmises, il faut laisser un délai de 8 heures ou plus entre la fin de l'acquisition des données et leur transmission et, par ailleurs, la première séance de transmission (d'une durée de 9 heures) peut ne pas être suffisante. Dans ce cas, on utilise une ou plusieurs séances de transmission supplémentaires. Pour ce qui est du taux de transfert des données, les missions actuelles fonctionnent à quelques centaines de mégabits/s à proximité de la Terre et à quelques centaines de kilobits/s pour les missions planétaires. La technique dite, en anglais, "rate stepping" utilise la position de la mission dans le ciel d'une antenne du Deep Space Network de la NASA: lorsque la mission est haut, le signal passe à un taux plus élevé car il traverse moins d'atmosphère. Par ailleurs, le mauvais temps fait tomber le taux de transfert. La fréquence "X-band" est le standard actuel pour la transmission des données sur la plupart des missions de la NASA

En termes d'orientation et de stabilisation d'une sonde planétaire, d'une façon générale, elles sont assurées par des caméras suiveuses d'étoiles: ces caméras prennent des images du ciel et les comparent à des bases de données internes qui permettent de reconnaître telle ou telle étoile, ce qui permet de déterminer la position et l'orientation du vaisseau dans l'espace. Cette information, de plus, est vérifiée via les données de gyroscopes, lesquels permettent à la sonde de savoir dans quelle direction elle est pointée et quel est sa rotation angulaire sur elle-même. L'information des gyroscopes et celle des caméras suiveuses d'étoiles permet donc à une sonde de savoir quelle est son attitude. De telles caméras sont fondamentales pour le fonctionnement de la plupart des vaisseaux spatiaux mais elles sont particulièrement importantes pour les missions interplanétaires car celles-ci doivent, en permanence, pointer leurs panneaux solaires vers le Soleil et leurs antennes vers la Terre. Pour ce qui est du futur des télécommunications spatiales, des technologies optiques par laser devraient permettre des taux de transfert des données 100 fois plus élevés qu'aujourd'hui, ces taux importants étant requis par les futures missions robotiques ou habitées. On utilisera à cet effet plus de petites stations au sol. Par ailleurs, des horloges atomiques mercure-ions miniaturisées équiperont les vaisseaux (elles possèderont une précision dix fois supérieure aux systèmes actuels); la fréquence "Ka-band", elle, permettra des taux de transfert près de 16 fois plus importants que la X-band