Comment le télescope spatial Webb communique avec la Terre, à 1,5 million de km de distance ?

Le James Webb Space Telescope, lancé en grande pompe le 25 décembre dernier, a parcouru 1,5 million de kilomètres dans l'espace interplanétaire pour rejoindre le point de Lagrange L2. Cette destination a été privilégiée du fait de l'alignement sur l'axe Terre-Soleil, ce qui est parfait pour refroidir le télescope à 40 petits degrés Celsius au-dessus du zéro absolu. Mais les points de Lagrange permettent surtout par définition de rester à une distance fixe de la Terre tout au long de l'orbiteorbite autour du Soleil, ce qui assure les communications en permanence durant l'année.

Comme sur Terre, les télécommunications sont fournies par des antennes opérant à certaines fréquencesfréquences. Le James-Webb en possède quatre : une à basse fréquence dite « moyen gain », peu gourmande en énergieénergie qui garantit un contact permanent avec la Terre et transmet les paramètres de bord et la télémesure de la sonde, une autre à haute fréquence dite à « haut gain » qui permettra de transférer les données scientifiques collectées, puis deux autres antennes qui serviront en secours car elles sont omnidirectionnelles.

Depuis le lancement, c'est l'antenne moyen gain qui assure la communication avec le satellite, et le suivi de son déploiement. Elle opère en bande S, à 2,27 GHz, et permet un transfert de données avec un débitdébit de 40 kb/s, digne du début d'InternetInternet, certes inacceptable pour regarder votre série préférée en 4K4K, mais amplement suffisant pour les données vitales des sondes spatiales.

Un bon débit !

Le télescope vient d'atteindre sa destination finale et les équipes ont pu tester pour la première fois la transmission de l'antenne principale à haut gain. Les antennes du Deep Space NetworkDeep Space Network de Canberra en Australie ont alors reçu avec succès le signal à 25,90 GHz (bande K), qui permettra plus tard de recevoir les images du fin fond de l’univers observable ou les premières données sur la composition de l'atmosphèreatmosphère d'exoplanètesexoplanètes. Comme la fréquence est plus élevée, le débit l'est aussi et atteint ici 28 Mb/s, comparable à une ADSLADSL moderne !

Contrairement aux antennes de secours, les deux antennes principales ne sont pas omnidirectionnelles, ce sont des paraboles de 20 et 60 centimètres de diamètre pour les antennes moyen gain et haut gain, respectivement.

La parabole, comme celles que l'on trouve sur Terre, sert à concentrer l'onde électromagnétiqueonde électromagnétique en un faisceau relativement rectiligne, et à le diriger vers la Terre. Si le faisceau du signal était parfaitement rectiligne, son diamètre serait toujours de 60 cm une fois arrivé sur Terre. En réalité, après 1,5 million de kilomètres parcourus, le faisceau fait la taille de la Terre elle-même !

Le signal perd énormément de puissance avec la distance. L'antenne DSSDSS-34 de Canberra, avec sa parabole de 34 mètres, captait, lors de la rédaction de cet article, le signal de l'antenne grand gain du JWSTJWST avec une puissance de 0,0000000000007 wattwatt !

C'est plus d'un millionième de milliardième de la puissance d'une antenne 5G5G que nous utilisons tous les jours, ce qui semble assez peu, mais l'antenne réceptrice comme le reste du Deep Space Network a été conçue pour recevoir des signaux beaucoup plus faibles, provenant de sondes beaucoup plus lointaines, comme les sondes Voyager à plusieurs milliards de kilomètres de nous. Ces antennes sont si sensibles que le signal du JWST est en réalité trop intense et fait saturer le récepteur ! Les équipes doivent alors diminuer volontairement l'intensité du signal.