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La recherche spatiale et les communications avec Mars Episode 4 : les communications entre Mars et la Terre

17/11/2021

Comme évoqué lors du premier épisode, les distances entre Mars et la Terre nécessitent des moyens sophistiqués d’émission et de réception. Les communications se font soit directement de la surface de Mars vers la Terre, par le biais d’antennes à fort ou faible gains (ces dernières ne faisant que recevoir, leur gain étant trop faible pour émettre), soit par l’intermédiaire d’un satellite en orbite autour de Mars servant de relais. La difficulté à produire de l’énergie sur Mars limite les puissances d’émission, ce qui constitue un handicap supplémentaire. En effet, aucun rover ni aucun satellite n’est capable, comme sur Terre, de délivrer 400 kW à son antenne en se branchant sur le réseau électrique !

Dans le cas des liaisons directes,  la bande X est privilégiée et plus particulièrement les bandes 8400-8450 MHz pour l’envoi de données et de télémesure depuis Mars (portant par exemple sur l’état des rovers). C’est la bande  7145-7190 MHz qui est utilisée en retour pour les commandes de contrôle depuis la Terre.  Dans le cas des liaisons indirectes, les satellites jouent le rôle de relais. Le lien entre équipements à la surface de Mars et orbiteurs se fait principalement en bande UHF et le lien des orbiteurs vers les stations sur Terre en bande X (éventuellement en bande Ka, lorsque l’orbiteur dispose d’un transpondeur).

Figure 1 : Représentation synthétique des liaisons entre Mars et la Terre (Curiosity)

Le type de liaison choisi a un impact considérable sur les débits de communication car ceux-ci sont fonction aussi bien de la fréquence utilisée que de la puissance reçue. Par exemple, un signal émis depuis Perseverance/Curiosity en UHF (15 W de puissance, 0 dBi de gain) vers un des satellites au zénith à 400 km (MRO/Odyssey) pourrait y être reçu avec un niveau de -126 dBW (ou -96 dBm), ce qui permet une très bonne réception. Ce même signal peut aussi être émis directement par l’un des rovers à l’aide de son antenne à fort gain (15W, 25 dBi) en bande X vers la Terre : à 200 millions de kilomètres de distance, même avec une antenne terrestre de 70 m de diamètre (74 dBi), son niveau serait de -166 dBW (ou -136 dBm) et la puissance captée donc serait 10 000 fois plus faible. Les satellites en orbite autour de Mars, quant à eux, présentent, pour leurs antennes les plus performantes, des gains supérieurs de 15 à 20 dB, ainsi qu’une puissance accrue jusqu’à  8 dB : le signal reçu sur Terre sera alors de l’ordre de -143/-138 dBW (-113/-108 dBm). En bande X, les niveaux de signaux des orbiteurs reçus sur Terre sont donc nettement plus élevés (jusqu’à 600 fois) que ceux des rovers.  La NASA estime ainsi que le débit en transmission/réception en bande X sur un lien direct rover-Terre peut culminer, à condition d’utiliser l’antenne à gain élevé, à 160/500 bits par seconde s’il est capté par une antenne de 34 m et 800/3000 bits par seconde avec une antenne de 70 m de diamètre. Si le rover a recours à son antenne à faible gain, le débit utile chutera à 10 bits par seconde avec une antenne de 34 m et à 30 bits pour l’antenne de 70 m. En revanche, le rover peut échanger en UHF avec un satellite martien à des débits pouvant atteindre jusqu’à 2 Mb/s. Et l’orbiteur, quant à lui, peut atteindre des débits vers la Terre de 0,5 à 3 Mb/s. On comprend dès lors que la liaison indirecte soit privilégiée pour transmettre les données de Mars vers la Terre.

Il faut aussi rappeler que la distance entre les deux astres implique aussi de longs temps de transit pour l’onde émise. Avec une distance entre les deux planètes variant entre 55 et 400 millions de kilomètres, les temps de propagation vont ainsi de 183 secondes (3 minutes et 3 secondes) à  1 300 secondes (21 minutes et 40 secondes). A cela, il faut ajouter des effets Doppler importants (de plusieurs kHz) dus à une double mobilité : celle du satellite tournant autour de Mars, et celle de Mars qui se déplace par rapport à la Terre. Les récepteurs s’en accommodent – et même au-delà : en effet, comme les émetteurs martiens utilisent des porteuses stables et connues, les fréquences auxquelles leurs émissions sont reçues sur Terre permettent de déduire précisément leur vitesse de déplacement par rapport à la Terre !

#25AnsANFR🎂 #1jour1date Le 5 avril 2016, c’est le passage à la #TNT HD ! L’@anfr lance une campagne d’information incitant les téléspectateurs à se munir d’un téléviseur ou d’un adaptateur compatible HD pour continuer à recevoir la TNT. ©M.Chalvin https://t.co/jhZ2jEvCUR

#EU5GConf Lors de la session sur les verticaux, Eric Fournier évoque la connectivité 5G pour des applications locales (industrie, media, transport/logistique, agriculture) : de futures bandes harmonisées à 4 GHz (autorisations générales) et à 6 GHz (autorisations individuelles) ? https://t.co/jHAlKKS9Df

.@GillesBregant , DG de l’@ANFR et Eric Fournier, Directeur de la planification du spectre et des affaires internationales, interviennent aujourd’hui à la Conférence européenne sur la #5G.
Pour plus d'informations et pour suivre l'événement ⤵️
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« Ce n’est pas la 5G qui perturbe les radioaltimètres, ce sont plutôt ces derniers qui sont mal préparés à l’apparition de la 5G » ⁦⁦@GillesBregant⁩ 👇 https://t.co/oOZlPcoH2b

#25AnsANFR🎂 #1jour1date le 2 avril 2015, l’@anfr publie ses 1ers jeux de données en #opendata sur le site gouvernemental https://t.co/vM0dSfHuVG. Ces données ouvertes donneront lieu à l’organisation de hackathons annuels dédies aux fréquences : « les Fr’Hacks » ©M.Chalvin https://t.co/ua8HBlCVpX

[in English] The ANFR has published in English the first results of measurement of public exposure to waves carried out before and after the #5G roll out in 1500 sites in France.

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L’ANFR est intervenue la semaine dernière à Lorient avec la @DGA sur la future frégate de la @MarineNationale, la FREMM Lorraine, pour vérifier les nombreux systèmes de transmission par fréquences, à l’approche des 1ers essais en mer https://t.co/CgIMi2hmaH

#25AnsANFR🎂 #1jour1date 29 janvier 2015 : la Loi dite « Abeille » (Loi sur la sobriété, la transparence, l’ information et la concertation en matière d’exposition aux ondes) confie à l’ANFR de nouvelles missions, notamment le recensement des points atypiques ©M.Chalvin https://t.co/vAWYLalkQz

🎙️Retrouvez l’intervention de @gillesbregant, DG de l’@anfr, ce matin sur @Franceculture pour répondre à la question « la 5G peut-elle perturber le trafic aérien ? »
L’intégralité de l’interview en replay : La 5G peut-elle perturber le trafic aérien ? ⤵️https://t.co/Jg4TeCENXs https://t.co/9x5S4ADyAZ

#25AnsANFR🎂 #1jour1date Depuis le 1er janvier 2014, l’@ANFR gère le dispositif national de contrôle et de mesures des ondes, qui permet aux particuliers et aux collectivités de faire des demandes de mesures d’exposition. ©M.Chalvin https://t.co/x7GMziudNi

#25AnsANFR🎂 #1jour1date 1er novembre 2012 : l’@ANFR autorise les 1ères implantations de sites 4G et publie son 1er #observatoire du déploiement des réseaux mobiles, qui rend le processus de déploiement des opérateurs mobiles plus transparent. ©M.Chalvin https://t.co/YUIv3Sgj1h

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L’oreillette divise par 10 votre exposition aux ondes des smartphones https://t.co/OI9xOJyDma

#25AnsANFR🎂 #1jour1date 8 mai 2012 : refonte des certificats radioamateurs français en un seul certificat « HAREC », qui permet une reconnaissance avec les certificats étrangers et autorise le mode numérique. ©M.Chalvin https://t.co/xDRLTuVTvh

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Pour le bon réseau, je vous renvoie à cette étude de l'@anfr: appeler dans de bonnes conditions peut diviser le niveau d'exposition... par 32.000.

Donc on évite les coups de fil dans le train. En plus ça énerve tout le monde.

https://t.co/WANe44JtCS

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Avions et 5G : pourquoi la France a moins de soucis que les États-Unis https://t.co/oiAsMf4vqP https://t.co/teDIvyqRyK

L’ANFR publie ce jour une étude sur l’exposition aux ondes du téléphone portable utilisé avec un kit oreillette : cette utilisation permet de réduire d’un facteur 10 en moyenne son exposition aux ondes, comparé à un usage direct de son téléphone portable.
https://t.co/rV86kvbq2m https://t.co/xETs9bPcMz

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