Parler à une sonde lointaine : le Deep Space Network
Trois stations réparties autour du globe, des antennes de 70 mètres et des signaux d'une faiblesse inouïe : c'est ainsi que la NASA garde le contact avec Voyager 1, sur le point de s'éloigner d'un jour-lumière de la Terre.
Selon les calculs de la NASA, le 18 novembre 2026, la sonde Voyager 1 se trouvera à environ 25,9 milliards de kilomètres de la Terre : la distance que la lumière parcourt en une journée. Un message envoyé ce jour-là mettra donc vingt-quatre heures à l'atteindre, et sa réponse autant à revenir. Pourtant, près de cinquante ans après son lancement, la sonde parle encore. Ceux qui l'écoutent sont les grandes antennes du Deep Space Network, le réseau de l'espace lointain de la NASA.
La Terre tourne : une antenne qui vise une sonde la voit se coucher sous l'horizon au bout de quelques heures. Pour garder le contact en permanence, la NASA a installé trois complexes d'antennes à environ 120 degrés de longitude les uns des autres : à Goldstone, dans le désert californien, près de Madrid, en Espagne, et près de Canberra, en Australie. Quand une sonde disparaît du ciel d'une station, elle est déjà levée dans celui de la suivante.
Le réseau existe officiellement depuis le 24 décembre 1963 et il est exploité par le Jet Propulsion Laboratory (JPL), en Californie. Il a relayé les premiers pas sur la Lune, les survols des planètes géantes et les images des robots martiens. En 2013, pour son cinquantenaire, il servait déjà plus d'une trentaine de missions américaines et internationales. La NASA le présente comme le système de télécommunications scientifiques le plus grand et le plus sensible au monde.
Des antennes géantes pour des murmures
Chaque complexe possède une antenne géante de 70 mètres de diamètre, plusieurs antennes de 34 mètres et une de 26 mètres. Pourquoi si grandes ? Parce qu'un signal radio s'étale en s'éloignant de son émetteur : son énergie se répartit sur une surface qui grandit comme le carré de la distance. À dix fois plus loin, il en arrive cent fois moins sur une antenne donnée. Plus la parabole qui le recueille est vaste, plus elle capte de cette énergie diluée.
Le cas de Voyager est extrême. Son émetteur rayonne une vingtaine de watts, guère plus qu'une ampoule, à travers une antenne de 3,7 mètres. À des milliards de kilomètres, ce signal est devenu un murmure que seules les antennes de 70 mètres peuvent encore entendre. Le débit des données scientifiques n'est plus que de 160 bits par seconde, des centaines de milliers de fois moins qu'une connexion internet domestique. Il faut des récepteurs extrêmement sensibles et des codes correcteurs d'erreurs ingénieux pour en extraire chaque bit.
Le temps, l'autre obstacle
Les ondes radio voyagent à la vitesse de la lumière, mais celle-ci n'est pas infinie. Un signal met un peu plus d'une seconde pour atteindre la Lune. Pour Mars, il faut de quelques minutes à une vingtaine de minutes selon la position des deux planètes : le 26 novembre 2018, les données de l'atterrissage de la sonde InSight ont mis environ huit minutes pour parvenir à la Terre. Avec Voyager 1, l'aller-retour d'une commande prendra bientôt deux jours.
Ce délai change tout. Impossible de piloter une sonde lointaine « en direct » : elle doit savoir se débrouiller seule en cas de problème, et ses opérateurs préparent leurs commandes longtemps à l'avance.
L'Europe et son réseau ESTRACK
L'Agence spatiale européenne possède son propre réseau de stations, ESTRACK. Pour l'espace lointain, elle dispose d'antennes de 35 mètres à Cebreros (Espagne), à Malargüe (Argentine) et à New Norcia (Australie). Une deuxième antenne de 35 mètres a été inaugurée à New Norcia le 4 octobre 2025 : c'est la quatrième antenne de l'espace lointain de l'ESA, qui devait entrer en service début 2026. Elle doit servir des missions comme Juice, en route vers Jupiter, Solar Orbiter ou BepiColombo.
Et sur Terre ?
Les antennes du Deep Space Network ne servent pas qu'à écouter les sondes : la NASA les utilise aussi pour la radioastronomie et pour des observations radar. Le savoir-faire en jeu, extraire un signal noyé dans le bruit, intéresse aussi les télécommunications.
La prochaine révolution passera par la lumière. Des stations sol optiques, capables de recevoir des données laser venues de Mars puis des confins du système solaire, pourraient aussi télécharger en quelques minutes les images des satellites d'observation de la Terre (voir la marche H-LNK-03). Et les réseaux capables de stocker puis retransmettre les messages malgré de longs délais servent déjà de modèle pour relier des villages ou des navires mal connectés (voir la marche H-LNK-08).
Pour une sonde arrivée près d'Alpha du Centaure, le délai ne serait plus d'un jour mais de plus de quatre ans, et le signal serait des millions de fois plus faible encore. Il faudra des oreilles plus grandes, ou plus fines : c'est tout l'enjeu des liaisons laser qui se préparent aujourd'hui.