Le 7 juillet 2025, l'ESA a franchi une étape historique en établissant sa première liaison de communication optique avec un engin spatial en espace lointain. Cette liaison a été établie avec l'expérience DSOC (Deep Space Optical Communications) de la NASA, embarquée à bord de la mission Psyche, qui se trouve actuellement à une distance de 1,8 unité astronomique, soit environ 265 millions de kilomètres.
Il s'agit de la première des quatre liaisons prévues pour cet été.
Cette réalisation marque une nouvelle étape importante dans la longue histoire de soutien mutuel entre les agences spatiales et démontre le potentiel d'interopérabilité entre l'ESA et la NASA dans le domaine des communications optiques, ce qui, jusqu'à présent, n'avait été possible qu'avec les systèmes à radiofréquences.
« La première démonstration réussie de communication optique dans l’espace lointain avec un segment sol européen représente un véritable bond en avant pour offrir à nos engins spatiaux une connectivité à haut débit, comparable à celle de la Terre, dans l’espace lointain. Cette réussite commune, fruit du travail mené avec nos collègues et partenaires industriels et universitaires, la Direction de la technologie de l’ESA et le JPL de la NASA, souligne l’importance de la coopération internationale », déclare Rolf Densing, directeur des opérations de l’ESA.
« C'est un succès incroyable. Après des années de progrès technologiques, d'efforts de normalisation internationale et d'adoption de solutions d'ingénierie innovantes, nous avons jeté les bases de l'Internet dans le système solaire », déclare Mariella Spada, responsable de l'ingénierie et de l'innovation des systèmes au sol à l'ESA.
La campagne de transmission débute en Grèce, où l'ESA a transformé deux observatoires en stations optiques terrestres de haute précision.
Depuis l'observatoire de Kryoneri, dans le sud de la Grèce, un puissant laser est pointé vers la sonde Psyche de la NASA. Bien qu'il ne transporte pas de données, ce laser est conçu pour être si précis que l'expérience DSOC à bord de Psyche peut le cibler et renvoyer un signal vers la Terre. Ce signal est capté par l'observatoire d'Helmos, situé à 37 km de là, au sommet d'une montagne voisine.
« Pour rendre possible cet échange optique bidirectionnel, il a fallu surmonter deux défis techniques majeurs : développer un laser suffisamment puissant pour atteindre un engin spatial éloigné avec une précision millimétrique et construire un récepteur suffisamment sensible pour détecter le plus faible signal de retour, parfois seulement quelques photons, après un voyage de centaines de millions de kilomètres », explique Sinda Mejri, chef de projet du système de récepteur laser au sol de l'ESA.
Le télescope Aristarque à l'Observatoire Helmos
Les contrôleurs de mission du Jet Propulsion Laboratory (JPL) de la NASA, qui a développé et gère à la fois DSOC et Psyche, ont fourni la position du vaisseau spatial en utilisant de puissantes techniques de navigation, notamment le Delta-Differential One-Way Ranging (Delta-DOR ), une technique également utilisée par l'ESA pour les missions interplanétaires, afin de déterminer avec précision la trajectoire du vaisseau spatial.
Ensuite, les experts en dynamique de vol du Centre d'opérations spatiales de l'ESA (ESOC) ont compensé des variables telles que la densité de l'air, les gradients de température et le mouvement planétaire. Ce processus est similaire à celui utilisé dans les systèmes mondiaux de navigation par satellite, mais avec la complexité supplémentaire des distances spatiales et la nécessité d'une orientation ultra-précise.
Pour garantir la sécurité lors des transmissions laser, certaines portions de l'espace aérien grec ont été temporairement fermées.
Le succès de cette liaison est le fruit d' années de préparation et de collaboration , durant lesquelles des stations terrestres de transmission et de réception optiques ont été construites.
L'émetteur laser terrestre intègre cinq lasers de haute puissance dotés de systèmes de contrôle de direction ultra-précis dans un conteneur spécial de 6 mètres de long équipé d'une plateforme élévatrice. Ce dispositif protège les équipements sensibles du rayonnement solaire pendant la journée et permet de les installer à l'extérieur après le coucher du soleil.
Le récepteur laser au sol est constitué d'un réseau optique sophistiqué d'une sensibilité telle qu'il peut détecter des photons individuels. Ce récepteur, sensible aux photons uniques, est solidement fixé à l'arrière du télescope Aristarque de 2,3 mètres, situé à 2 340 mètres d'altitude à l'observatoire d'Helmos.
En avril, l'équipe a mené une campagne de tests en envoyant un signal unique de faible puissance au satellite Alphasat . Situé en orbite géostationnaire à 36 000 km d'altitude, ce satellite constitue un banc d'essai idéal pour les technologies de communication optique, grâce à un terminal de communication optique conçu sur mesure et fabriqué par l'agence spatiale allemande DLR.
« Malgré la complexité de la tâche, l’installation finale des lasers, du câblage électrique et des systèmes de refroidissement a été menée à bien peu de temps après leur livraison, le matin même », a déclaré Clemens Heese, responsable des technologies optiques à l’ESA et chef de projet du démonstrateur DSOC de l’ESA. « Réussir l’installation des lasers et le lancement en toute sécurité du faisceau laser vers le ciel en une seule journée témoigne de la précision, de la coordination et du dévouement remarquables de l’équipe. ».
Quelques instants plus tard, les tests finaux ont permis à l'équipe de passer en revue toutes les procédures et de réaliser un test laser en direct afin d'optimiser le timing et la coordination.
Moins de 20 personnes ont participé à l'opération : 7 à bord de Kryoneri et 12 à bord d'Helmos. Les opérations du vaisseau spatial Psyche et du terminal de vol DSOC ont été menées aux États-Unis, au JPL, qui a également dépêché deux experts en Grèce pour assister les opérations au sol.
Cette démonstration est bien plus qu'un exploit technique. C'est un aperçu du futur des communications spatiales lointaines.
« Les liaisons optiques promettent des débits de données 10 à 100 fois supérieurs à ceux des systèmes radiofréquences actuels. Combiner cette technologie à notre technologie de communication radiofréquence existante est essentiel pour transmettre le volume toujours croissant de données provenant des missions d'exploration de l'univers », a déclaré Andrea Di Mira, chef de projet du système d'émetteur laser au sol de l'ESA à l'ESOC.
« Nous sommes fiers que l’ESA participe à l’expérience de communications optiques avec l’espace lointain (DSOC) à bord de notre mission Psyche. C’est un exemple clair de ce qui peut être accompli grâce à la coopération internationale et un aperçu de l’avenir des communications avec l’espace lointain », déclare Abi Biswas, technologue du projet DSOC au JPL de la NASA.
Ce succès jette également les bases du ASSIGN (Advancing Solar System Internet and Ground) , qui sera présenté lors de la réunion du Conseil de l'ESA au niveau ministériel (CM25) en novembre.
« ASSIGN vise à fédérer les réseaux radiofréquences et optiques existants et futurs en un réseau de réseaux sécurisé, résilient et interopérable pour les missions de l'ESA, ainsi que pour les missions institutionnelles et commerciales, et à favoriser la compétitivité de l'industrie européenne pour sa mise en œuvre et son exploitation future », déclare Mehran Sarkarati, chef de la division Ingénierie des stations au sol de l'ESA et directeur du programme ASSIGN.
La participation de l'ESA à la démonstration DSOC est rendue possible par un consortium d'entreprises européennes, dont qtlabs (AT), Single Quantum (NL), GA Synopta (CH), qssys (DE), Safran Data Systems (FR) et NKT Photonics Ltd (UK), et par l'Observatoire national d'Athènes (GR), qui a permis la conversion de ses observatoires Helmos et Kryoneri en stations optiques terrestres pour l'espace lointain et a fourni l'infrastructure nécessaire.
Ce projet est financé par le Programme général de soutien technologique et l'élément de développement technologique .
Pour l'avenir, l'ESA étudie actuellement un système de remorquage électrique pour Mars, baptisé « LightShip », qui transporterait des vaisseaux spatiaux habités vers la planète rouge. Après avoir déposé les passagers, LightShip se placerait sur une orbite de service où il assurerait des services de communication et de navigation grâce à la MARCONI (MARs Communication and Navigation Infrastructure ), qui comprendra un démonstrateur de communications optiques, élément clé du plan de développement des futures missions habitées.
