Lorsque la nouvelle a récemment annoncé que les communications avaient finalement été rétablies avec Voyager 2, j’ai ressenti une poussée momentanée de panique. J’ai littéralement suivi les missions Voyager depuis le lancement des sondes spatiales jumelles en 1977, et je redoutais le jour inévitable où le dernier petit morceau de plutonium dans leurs générateurs thermiques radio-isotopes se désintègre au point qu’ils ne sont plus capables de nous parler, et ils se taisent dans l’abîme de l’espace interstellaire. Selon ces gros titres, Voyager 2 avait cessé de communiquer pendant huit mois – cela pourrait-il être une petite sieste avant le sommeil final?

Heureusement non. Il s’avère que la récente panne de courant à notre avant-poste le plus éloigné de l’ingénierie humaine était complètement attendue, et complètement côté Terre. Des mises à niveau et une maintenance ont été effectuées sur les antennes du Deep Space Network nécessaires pour communiquer avec Voyager. Mais cela m’a laissé une question: qu’en est-il du reste de la DSN? N’auraient-ils pas pu prendre le relais et nous garder en contact avec le Voyager alors qu’il navigue dans l’espace interstellaire? La réponse à cela est une combinaison intéressante d’ingénierie RF et de dynamique orbitale.

Sous la ceinture

Pour comprendre la panne, il faut en savoir un peu plus sur le Deep Space Network et son fonctionnement. J’en ai discuté en détail dans le passé, mais voici un bref résumé. La DSN comprend trois sites: Madrid en Espagne, Goldstone en Californie et le site de Canberra, en Australie. Chaque site dispose d’une gamme d’antennes paraboliques allant de 26 mètres de diamètre à une énorme parabole de 70 mètres. Les trois sites travaillent ensemble pour fournir une puissante infrastructure de communication qui a pris en charge à peu près tous les engins spatiaux lancés au cours des 50 dernières années.

L’intérêt des sites DSN est leur disposition géographique. En regardant la Terre depuis le pôle nord, les sites DSN sont espacés de presque exactement 120 °. Cela signifie que la vue du ciel de chaque site chevauche l’autre sur environ 300 000 km dans l’espace, offrant ainsi une couverture 24 heures sur 24 pour chaque sonde spatiale. Mais les voyages dans l’espace ne sont pas nécessairement uniquement bidimensionnels, et c’est là que les bizarreries géographiques de la Terre et, curieusement, la naissance du système solaire lui-même, jouent dans la récente panne d’électricité du Voyager.

L’écliptique, avec une comète. ESO.org

Presque tout ce qui tourne autour du Soleil le fait dans un plan assez bien défini appelé l’écliptique. Le plan écliptique est probablement un vestige du premier disque de poussière et de débris qui s’est finalement figé dans notre Soleil et les planètes. Le seul corps majeur du système solaire qui varie sensiblement de l’écliptique est Pluton, dont l’orbite est inclinée d’environ 17 ° par rapport à l’écliptique. La Terre est à peu près toujours dans l’écliptique, et par conséquent, tout ce qui quitte la Terre restera à peu près dans ce plan aussi, à moins que des dispositions ne soient prises pour modifier son orbite.

Et c’est exactement ce qui s’est passé avec les jumeaux Voyager. Lancées pour tirer parti d’une bizarrerie dans l’alignement orbital des planètes extérieures qui ne se produit qu’une fois tous les 175 ans, les sondes Voyager ont pu terminer leur Grand Tour car chaque rencontre planétaire était prévue pour donner aux sondes une assistance gravitationnelle, les projetant sur leur prochaine destination. Les deux sondes sont restées très proches du plan de l’écliptique pendant la première partie de leur voyage avant de croiser l’orbite de Jupiter et de prendre de la vitesse pour le voyage vers Saturne.

A Saturne, les sondes jumelles se sépareraient pour mener des missions très différentes. Pour avoir un bon aperçu de la lune Titan de Saturne, Voyager 1 s’est approché de la planète par le dessous de l’écliptique, passant sous le pôle sud. L’assistance gravitationnelle le place sur une trajectoire dirigée au-dessus du plan de l’écliptique, dans la direction générale de la constellation Ophiuchus. Voyager 2, cependant, a continué dans l’écliptique, utilisant son assistance gravitationnelle pour tirer d’abord sur Uranus, et finalement sur Neptune. Là, dans le miroir de l’astuce que son jumeau utilisait pour explorer Titan, Voyager 2 a survolé le pôle nord de Neptune, ce qui l’a mis sur un chemin pour voler près de sa lune Triton et dans la direction générale de la constellation du Sagittaire.

Bonjour, Canberra appelle

C’est ce dernier mouvement qui finirait par rendre Voyager 2 complètement dépendant de Canberra pour les communications. Canberra est le seul site DSN qui se trouve en dessous de l’équateur, et même si le plan de l’équateur et de l’écliptique ne sont pas coplanaires – ils diffèrent par l’inclinaison d’environ 23 ° de l’axe de la Terre – le Voyager finirait par arriver si loin sous le plan de l’écliptique. qu’aucun des sites DSN de l’hémisphère nord ne disposerait d’une ligne de visée.

Heureusement, Canberra est bien équipé pour prendre en charge Voyager 2. Alors que la sonde s’éloigne de la maison à 55 000 km / h et que son carburant se décompose lentement, Voyager devient de plus en plus difficile à parler. L’antenne géante de 70 m de Canberra, surnommée DSS-43, fournit le gain nécessaire pour envoyer un signal suffisamment puissant pour traverser l’écart de 17 heures-lumière entre nous et Voyager. Fait intéressant, Richard Stephenson, un contrôleur DSN à Canberra, rapporte que bien que les plus petites paraboles de 34 m du complexe puissent toujours être utilisées pour émettre un signal de contrôle vers Voyager, ces contacts sont des affaires de «pulvérisation et de prière» qui peuvent ou non être reçu par la sonde et mis à exécution. Seul le DSS-43 a la puissance et les gains nécessaires pour commander encore efficacement l’engin spatial.

Malgré son importance dans la poursuite de la mission Voyager Interstellar (VIM), le DSS-43 montrait son âge et devait être réparé. Comme nous l’avons signalé en juillet, le grand plat a été mis hors ligne en mars 2020 et fait l’objet de mises à niveau depuis. Au bout de huit mois, les réparations ont progressé au point où le DSS-43 pourrait essayer un simple lien de commande vers Voyager 2 – juste un simple « Êtes-vous toujours là? » ping, qui a été envoyé le 29 octobre.

Heureusement, malgré le fait que le Voyager ait traversé 300 millions de kilomètres supplémentaires d’espace interstellaire entre-temps, la sonde a renvoyé la confirmation de la commande près d’un jour et demi plus tard. Il reste encore un certain nombre de tâches de mise à niveau du DSS-34 à terminer avant que l’antenne ne soit remise en service complet en janvier 2021, mais il semble que les contrôleurs ne pouvaient tout simplement pas supporter de ne plus être en contact avec Voyager.

Si vous souhaitez suivre les progrès sur le DSS-43 en particulier et les événements de DSN Canberra en général, je vous recommande vivement de consulter Fil Twitter de Richard Stephenson. Il a une tonne d’excellents tweets, de nombreuses photos des grands plats et une mine d’informations privilégiées. Et un grand merci à lui pour sa contribution à cette histoire, et à tous les ingénieurs qui font que la DSN continue de fournir une science importante.

[Featured images sources: CSIRO, JPL/NASA]

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