Comme l’ont noté les articles précédents de cette série, JWST est stationné au point de Lagrange L2. C’est un point d’équilibre gravitationnel situé à environ 1,5 million de kilomètres au-delà de la Terre sur une ligne droite entre la planète et le soleil. C’est un endroit idéal pour JWST pour observer l’univers sans obstruction et avec des ajustements orbitaux minimes.
Cependant, être si loin de la Terre signifie que les données doivent voyager plus loin pour revenir en un seul morceau. Cela signifie également que le sous-système de communication doit être fiable, car la perspective d’une mission de réparation envoyée pour résoudre un problème est, du moins à court terme, hautement improbable. Compte tenu du coût et du temps impliqués, déclare Michael Menzel, ingénieur des systèmes de mission pour JWST, “je n’encouragerais pas une mission de rendez-vous et d’entretien à moins que quelque chose ne tourne mal.”
Selon Menzel, qui a travaillé sur JWST dans une certaine mesure pendant plus de 20 ans, le plan a toujours été d’utiliser K bien compris
un-bande de fréquences pour les transmissions volumineuses de données scientifiques. Plus précisément, JWST transmet des données vers la Terre sur un canal de 25,9 gigahertz jusqu’à 28 mégabits par seconde. Le Kun-la bande est une partie de la bande K plus large (une autre partie, la bande Ku, a également été prise en compte).
Les points de Lagrange sont des emplacements d’équilibre où les tractions gravitationnelles concurrentes sur un objet se réduisent à zéro. JWST est l’un des trois engins occupant actuellement L2 (montré ici à une distance exagérée de la Terre). Spectre IEEE
Les taux de collecte et de transmission de données de JWST éclipsent ceux de l’ancien télescope spatial Hubble. Comparé à Hubble, qui est toujours actif et génère 1 à 2 gigaoctets de données par jour, JWST peut produire jusqu’à 57 Go chaque jour (bien que ce montant dépende des observations programmées).
Menzel dit qu’il a vu pour la première fois les propositions de sélection de fréquences pour JWST vers 2000, alors qu’il travaillait chez Northrop Grumman. Il est devenu ingénieur des systèmes de mission en 2004. « Je savais où étaient les risques dans cette mission. Et je voulais m’assurer que nous n’aurions pas de nouveaux risques », dit-il.
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D’ailleurs, K
unLes fréquences en bande peuvent transmettre plus de données que la bande X (7 à 11,2 GHz) ou la bande S (2 à 4 GHz), des choix courants pour les engins dans l’espace lointain. Un débit de données élevé est une nécessité pour le travail scientifique que JWST entreprendra. De plus, selon Carl Hansen, ingénieur des systèmes de vol au Space Telescope Science Institute (le centre des opérations scientifiques du JWST), une antenne en bande X comparable serait si grande que le vaisseau spatial aurait du mal à rester stable pour l’imagerie.
Bien que le K 25,9 GHz
un-la fréquence de bande est le canal de communication de cheval de bataille du télescope, il utilise également deux canaux dans la bande S. L’un est la liaison montante de 2,09 GHz qui achemine les futurs programmes de transmission et d’observation scientifique vers le télescope à 16 kilobits par seconde. L’autre est la liaison descendante de 2,27 GHz, 40 kbit/s sur laquelle le télescope transmet des données d’ingénierie, notamment son état de fonctionnement, l’état de santé des systèmes et d’autres informations concernant les activités quotidiennes du télescope.
Toutes les données scientifiques recueillies par le JWST au cours de sa durée de vie devront être stockées à bord, car le vaisseau spatial ne maintient pas de contact 24 heures sur 24 avec la Terre. Les données recueillies à partir de ses instruments scientifiques, une fois collectées, sont stockées dans le disque SSD de 68 Go du vaisseau spatial (3 % sont réservés aux données d’ingénierie et de télémétrie). Alex Hunter, également ingénieur en systèmes de vol au Space Telescope Science Institute, a déclaré qu’à la fin de la durée de vie de la mission de 10 ans du JWST, ils s’attendent à être réduits à environ 60 Go en raison du rayonnement de l’espace lointain et de l’usure.
Le stockage embarqué est suffisant pour collecter des données pendant environ 24 heures avant qu’il ne manque d’espace. Bien avant que cela ne devienne un problème, JWST aura des opportunités programmées pour transmettre ces données inestimables à la Terre.
JWST restera connecté via le Deep Space Network (DSN), une ressource qu’il partage avec la sonde solaire Parker, le satellite Transiting Exoplanet Survey, les sondes Voyager et l’ensemble des rovers et orbiteurs de Mars, pour n’en nommer que quelques-uns. poids lourds. Le DSN se compose de trois complexes d’antennes : Canberra, Australie ; Madrid, Espagne; et Barstow, en Californie. JWST doit partager un temps d’antenne limité avec de nombreuses autres missions dans l’espace lointain, chacune ayant des besoins et des horaires de communication uniques.
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Sandy Kwan, ingénieur système du DSN, explique que les fenêtres de contact avec les engins spatiaux sont programmées 12 à 20 semaines à l’avance. JWST avait un plus grand nombre de fenêtres de contact planifiées pendant sa phase de mise en service, car les instruments étaient mis en ligne, vérifiés et calibrés. La majeure partie de ce processus nécessitait une communication en temps réel avec la Terre.
Tous les canaux de communication utilisent le protocole de correction d’erreur Reed-Solomon, la même norme de correction d’erreur que celle utilisée dans les DVD et les disques Blu-ray ainsi que les codes QR. Les canaux de bande S à débit de données inférieur utilisent une modulation de clé de déphasage binaire – impliquant un déphasage de l’onde porteuse d’un signal. Le canal en bande K, cependant, utilise une modulation par décalage de phase en quadrature. La modulation par déplacement de phase en quadrature peut doubler le débit de données d’un canal, au prix d’émetteurs et de récepteurs plus compliqués.
Les communications de JWST avec la Terre intègrent un protocole d’accusé de réception. Ce n’est qu’après que le JWST a reçu la confirmation qu’un fichier a été reçu avec succès qu’il ira de l’avant et supprimera sa copie des données pour libérer de l’espace.
Le sous-système de communication a été assemblé avec le reste du bus de l’engin spatial par Northrop Grumman, à l’aide de composants prêts à l’emploi provenant de plusieurs fabricants.
JWST a eu un développement long et souvent retardé, mais son système de communication a toujours été un fondement pour le reste du projet. Garder au moins un système fiable signifie que c’est une chose de moins à craindre. Menzel se souvient, par exemple, des idées de systèmes optiques à base de laser qui étaient invariablement rejetées. “Je peux compter au moins deux fois où j’ai été approché par des personnes qui voulaient expérimenter les communications optiques”, explique Menzel. “Chaque fois qu’ils venaient me voir, je les renvoyais avec le vieux ‘Merci, mais je n’en ai pas besoin. Et je n’en veux pas.
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