Le (réseau de communications avec l'espace lointain) ou DSN est un réseau de trois stations terriennes équipées d'antennes paraboliques détenu par l'agence spatiale américaine, la NASA. Il est utilisé pour les communications avec ses sondes spatiales interplanétaires et dans le cadre de quelques missions en orbite autour de la Terre.
Le est constitué d'un centre de contrôle situé au Jet Propulsion Laboratory et de trois stations terriennes gérées par le JPL et réparties sur la planète de manière à assurer une couverture permanente de l'ensemble du système solaire. Ces stations, qui disposent de réflecteurs parabolique de de diamètre, se situent en Californie (Complexe Deep Space de Goldstone), près de Madrid en Espagne (Complexe de Madrid) et près de Canberra en Australie (Complexe Deep Space de Canberra). Le réseau est également utilisé par d'autres agences spatiales qui ne disposent pas de leur propre réseau d'antennes ou comme appoint dans le cadre d'accords inter-agences. Le Deep Space Network permet également de localiser des corps célestes avec précision (notamment grâce à l'interférométrie à très longue base) et d'en étudier les propriétés dans un cadre scientifique.
Historique
Les premiers équipements de ce qui deviendra par la suite le Deep Space Network sont créées dès le début de l'ère spatiale dans la deuxième moitié de la décennie 1950. Le Jet Propulsion Laboratory (JPL) est à l'époque un laboratoire de recherche militaire installé à Pasadena (Californie) et rattaché au California Institute of Technology (Caltech), une des plus prestigieuses universités américaines. Le JPL a développé depuis les années 1930 une forte expertise dans le domaine des fusées et a mis au point pour l'armée les missiles balistiques Caporal, utilisés durant la guerre de Corée puis la fusée Sergent encore en cours de développement à l'époqueD’après .
Le JPL est sélectionné par le gouvernement américain pour développer le premier satellite artificiel américain Explorer 1 placé en orbite le . Pour pouvoir suivre et communiquer avec le satellite, il crée un premier réseau d'antennes mobiles, baptisé Microlock, relié à un centre de contrôle situé dans les locaux du JPL. Les stations Microlock sont installées à Ibadan au Nigeria, à l'université de Malaisie à Singapour, à Cape Canaveral en Floride et à Earthquake Valley en Californie. Le centre de recherche crée également TRACE (Tracking and Communication Extraterrestrial) un réseau d'antennes destiné à suivre les premières missions interplanétaires avec une couverture toutefois limitée. Elles sont situées à Cape Canaveral, Mayagüez (Porto Rico) et Goldstone (Californie). Ce dernier site est sélectionné parce qu'il est relativement proche du JPL et qu'il se situe dans une cuvette qui le protège des interférences radio. Le centre de recherche y installe une antenne parabolique d'un diamètre de 36 mètres l'une des plus importantes de l'époque. Pour améliorer la couverture des missions interplanétaires, le Jet Propulsion Laboratory propose en 1958 de construire deux stations, similaires à celle de Goldstone, au Nigeria et aux Philippines, mais à la suite d'une intervention d'un représentant du département de la Défense (nous sommes en pleine guerre froide), choisit finalement de créer ses stations en Australie et dans la péninsule Ibérique. Le JPL est intégré à l'agence spatiale de la NASA peu après la création de celle-ci le . Le JPL baptise son antenne de Goldstone Deep Space Station 11 ou DSS 11. Celle-ci assure le suivi de sa première mission interplanétaire, Pioneer 4, en .
L'antenne de 26 mètres de Goldstone est inaugurée en 1969 et celle de Island Lagoon en Australie la même année. La troisième antenne, prévue initialement en Espagne, est finalement construite en 1961 à 70 kilomètres au nord de Johannesburg (Afrique du Sud). Ce réseau qui permet désormais une couverture complète pour les missions interplanétaires prend le nom de Deep Space Network (DSN) le . Au milieu des années 1960 les besoins se mettent à dépasser les capacités des trois antennes. La NASA construit de nouvelles antennes à Tidbinbilla Valley près de Canberra (Australie) inaugurée en , à Robledo de Chavela près de Madrid (Espagne) inaugurée en et sur l'île de l'Ascension au milieu de l'Océan Atlantique (inaugurée en ). Ce réseau est largement utilisé par les missions du programme Apollo. Il prend en charge non seulement les communications avec toutes les missions interplanétaires mais également avec les satellites terrestres dont l'altitude est supérieure à . Une nouvelle antenne de 60 mètres de diamètre (DSS 14) est inaugurée à Goldstone en . Celle-ci jouera un rôle crucial pour les premiers missions vers Mars. La liaison entre les stations et le centre de contrôle situé au JPL est dès le départ assuré par des télex dont les données sont directement injectées dans des ordinateurs sans avoir à perforer de cartes (à l'époque le seul support pour saisir des données dans un ordinateur). Un système de liaison par micro-ondes est mis en place entre Goldstone et le JPL peu avant le lancement des premières sondes lunaires du programme Surveyor pour faire face au fort accroissement du volume de données anticipé. Le DSN est modifié pour permettre la couverture de plusieurs missions simultanées.
Dans la deuxième moitié de la décennie 1960 le DSN est complètement absorbé par les missions lunaires : programme Surveyor, missions du programme Lunar Orbiter puis missions Apollo. Pour ce dernier programme, le Centre spatial Lyndon B. Johnson, qui gère le programme spatial habité de la NASA, dispose de son propre réseau de communications qui prend en charge la première partie des missions lorsque les vaisseaux sont encore relativement proches de la Terre. Au cours des années 1970, le JPL réorganise son réseau de stations en le simplifiant. Il cède la station située sur l'île de l'Ascension au centre de vol spatial Goddard en , démantèle sa station de Woomera et reprend en 1973 la station de Honeysuckle Creek près de Canberra utilisée jusque là par le centre de Houston. Il ferme sa station de Johannesburg en 1974. Deux antennes de 64 mètres de diamètre sont construites pour disposer de la même capacité qu'à Goldstone : la première (DSS 43), située à Tidbinbilla près de Canberra, devient opérationnelle en , la seconde (DSS 63) est inaugurée la même année à Robledo près de Madrid (Espagne). Les antennes de 26 mètres construites précédemment continuent d'être utilisées durant les premières phases de vol car les grandes antennes ne permettent de mesurer le mouvement angulaire lorsque la sonde spatiale est encore proche de la Terre.
Les missions martiennes du programme Mariner, qui ont lieu en 1969, sont les premières à démontrer la nécessité de disposer des antennes de grande taille en permettant d'obtenir plus rapidement des informations sur leur déroulement et de transférer en temps réel les photos et les données scientifiques recueillies. Entre 1961 et 1974 le réseau est utilisé non seulement par les missions développées par le JPL (Programme Surveyor, programme Mariner) mais également par les missions interplanétaires du centre de recherche Ames (programme Pioneer), le centre de recherche Langley (programme Lunar Orbiter) et le centre de Houston (Programme Apollo). Il est également utilisé pour les communications avec des engins spatiaux japonais, russes, indiens et européens. Au milieu des années 1970 le réseau DSN joue un rôle centra dans le succès du programme Viking qui constitue un défi de taille car il faut communiquer simultanément avec deux orbiteurs et deux atterrisseurs martiens. Le Deep Space Network joue également un rôle central dans le déroulement de la mission Helios 1 lancée en 1974 et qui s'achève en 1986.
Entre 1968 et 1980 trois antennes de 26 mètres sont remplacées par des antennes de 34 mètres ce qui permet d'accroitre leur portée et de d'utiliser de nouvelles fréquences. Ces nouvelles antennes sont inaugurées en 1984 (Goldstone et Canberra) et 1987 (Madrid). En 1981 l'antenne DSS 11 de Goldstone est retirée du service. L'antenne qui a joué un rôle pivot pour de nombreuses missions remarquables (Pioneer, Mariner, Lunar Surveyor et Voyager) est promu monument historique national le en reconnaissance du rôle joué dans ces missions d'exploration du système solaire. Au cours de la décennie 1980, après des débats suscités principalement par le cout de l'opération, la NASA décide de moderniser ses trois plus grandes antennes paraboliques en faisant passer leur diamètre de 64 à 70 mètres. Cette mise à niveau qui s'étale sur 5 ans est achevée en .
Le Deep Space Network est de plus en plus sollicité par des missions menées par d'autres pays. Jusque là la contribution du DSN se faisant dans un cadre informel mais en 1991 une directive est émise pour encadrer les demandes d'utilisation émanant d'autres pays. Au cours de la décennie 1980 la NASA reconfigure son réseau de stations de télécommunications avec notamment comme objectif de réduire son cout. Certaines stations de télécommunications gérées jusque là par le centre de vol spatial Goddard sont cédées au Deep Space Network pour accroitre la couverture de celui-ci. À la fin des années 1990 le JPL construit sur chacun de ses sites de nouvelles antennes de 34 mètres de diamètre qui viennent remplacer les antennes les plus anciennes. Les antennes sont également désormais utilisées pour observer le rayonnement électromagnétique naturel émanant d'étoiles, de nuages de poussière et de Jupiter. Le Deep Space Network reste aujourd'hui le plus important des réseaux de stations de télécommunications utilisé pour communiquer avec les sondes spatiales.
Installations
Le réseau Deep Space est composé d'installations situés sur trois sites distincts :
dans le désert des Mojaves en Californie : le complexe Deep Space de Goldstone, à Robledo de Chavela, près de Madrid en Espagne : le Complexe Deep Space de Madrid, à , près de Canberra en Australie : le Complexe Deep Space de Canberra.
Ces trois sites sont espacés d'environ 120° en longitude afin d'assurer des liaisons ininterrompues avec les sondes spatiales malgré la rotation de la Terre. Compte tenu des distances en jeu, une sonde spatiale vue d'un point fixe sur Terre se déplace en effet dans le ciel comme un corps céleste : il se lève à l'Est et se couche à l'Ouest 7 h à 14 h plus tard. Avec la répartition des antennes adoptées, la transmission est maintenue en transférant la liaison radio d'une station à l'autre.
Chaque complexe contient au minimum 4 stations, chacune d'entre elles contenant plusieurs antennes paraboliques. Plus précisément, dans chaque complexe, on trouvera plusieurs antennes de de diamètre, une de , une de et une de . Un centre de traitement du signal centralisé (, SPC) contrôle à distance celles de et de , génère et transmet les commandes pour les sondes spatiales, reçoit et traite la télémétrie. Les antennes d'un même complexe peuvent travailler en réseau, ou même avec d'autres antennes en dehors du réseau Deep Space (par exemple, l'antenne de de Canberra peut être mise en réseau avec le radio télescope de l'Observatoire de Parkes en Australie, et l'antenne de de Goldstone peut être en réseau avec le Very Large Array au Nouveau-Mexique) The Evolution of Technology in the Deep Space Network: Arraying of antennas.
Localisation des stations de contrôle du Deep Space Network
Utilisations
Le réseau Deep Space est un moyen de communication bidirectionnel : la liaison montante () est utilisée pour envoyer des commandes, et la liaison descendante () sert pour la télémétrie. Mais le réseau Deep Space ne se limite pas à la seule fonction de communication :
Télémétrie : réception des signaux envoyés par les sondes spatiales. Cela se fait en trois étapes : réception, conditionnement de données puis transmission vers des lieux de traitement. Envoi de commandes : contrôle à distance de l'activité des sondes spatiales.