SETI Rebond sur la Lune

Rebond sur la Lune

EME banner Financée en partie par un don de la NASA via l'American Astronomical Society, une balise lunaire réflective micro-onde (moonbounce transmitter), mise en place par la SETI League, fournit dans le monde entier aux radioastronomes amateurs et professionels la source d'un signal extra-terrestre bien callibré pour la vérification du bon fonctionnement de leur équipement. Pendant longtemps, cette fonction était occupée par une balise micro-onde à bord de la sonde interplanétaire Pioneer 10. Lancée en 1972, Pioneer 10 se trouve maintenant au delà des frontières du système solaire. A 11 milliards de kilomètres de la Terre, son emetteur à 8 watt ne peut plus être détecté, même par les plus puissants radiotélescopes terrestres. Le projet actuel de la SETI League cherche à fournir un remplacement de ce signal, et fut construit à un coût insignifiant par rapport à celui du lancement d'une sonde spatiale.

La balise de la SETI League exploite la propagation Terre-Lune-Terre, route largement utilisée par les radioamateurs depuis plus de quatre décénies. Elle transmet sur la bande amateur à 1296 MHz, depuis l'arrondissement de Kinnelon dans le nord du New Jersey (USA), sous l'indicatif radio W5ETI. La balise est opérationnelle à chaque fois que la Lune est au-dessus de l'horizon du lieu du transmetteur.

Le coût du matériel et de la main d'oeuvre pour le système de balise a dépassé les 5000$ donnés par l'AAS et les coûts additionnels furent couverts à partir du budget de fonctionnement de la SETI League. Cependant, l'utilisation d'équipement d'occasion et des achats prudents sur le site de vente aux enchères eBay, ont réduit le coût du projet à une petite fraction de ce que dépensent typiquement nos collègues pour des objectifs et une complexité similaires. Les principales parties acquises via eBay sont l'horloge atomique, le compteur de fréquence, un quartz standard, des générateurs, des coupleurs directionnels et a pratiquement tout le matériel informatique. C'est une source extraordinaire d'équipement électronique que nous recommandons avec enthousiasme à nos membres qui construisent des radio télescopes.

Comme le système de balise est en constante évolution et que de nombreuses mises à jour sont prévues, l'objectif se déplace (comme la Lune). Néanmoins, les détails de la première émission le 9 mars 2001 sont décrites ci-dessous :

Localisation : Grid Square FN21ta

Administrateur de la station : Richard Factor, WA2IKL

Transmetteur : Actuellement 20 watts en sortie (avec une augmentation à 100 watts prévue dans le courant de l'année)

Fréquence : 1296.000 MHz

Précision : Mieux que +- 2 Hz

Ligne d'alimentation : 20 mètres d'Heliax ® 7/8 pouce (perte estimée de 3 dB)

Antenne : quad helix array, RHCP uplink; gain +24 dBi

Matériel de poursuite : Kansas City Tracker pour des rotors Yaesu az/el

Logiciel de poursuite : NOVA pour Windows

EIRP : estimaté à +64 dBm

Pertes : normalement 245 dB (propagation isotropique lors de l'aller-retour et pertes lièes à la réflexion lunaire)

Puissance Isotropique Incidente : -181 dBm nominale

Sensibilité d'un radiotéléscope classique du Project Argus : -197 dBm

Rapport signal sur bruit (SNR) potentiel : +16 dB (!)

Le calcul du rapport signal sur bruit (SNR) ci-dessus montre que la réception de la balise (qui ne possède pas encore toute sa puissance) devrait être chose facile pour les radiotélescopes du type de ceux utilisés dans le projet Argus, mais suppose un système parfait de poursuite de la Lune et une compensation de l'effet Doppler pendant l'intégration du signal. Pendant le premier test opérationnel programmé en mars 2001, la balise fut reçue par le massif radiotélescope d'Arecibo à Puerto Rico, mais uniquement de manière marginale. Cette contradiction s'explique par le fait que la faible largeur de bande d'Arecibo sous-illumine la Lune. Par conséquent, moins d'un pourcent de l'énergie incidente effectivement réfléchie est reçue par Arecibo. En plus, lors de la semaine d'emission de la première lumière, le blizzard soufflait sur le New Jersey et les antennes de transmission étaient recouvertes de glace (et ne suivaient probablement pas la Lune avec la précision requise).

Le programme prévu de la balise moonbounce appelle un cycle répétitif de cinq minutes, qui commence toutes les heures comme ci-dessous :

Touche enfoncée, pleine puissance, pendant 1 minute

Touche enfoncée, puissance moyenne (~ -4 dB), pendant 1 minute

Identificateur morse, W2ETI (mark = pleine puissance, espace ~ -15 dB) pendant 30 secondes.

Touche enfoncée, très faible puissance (~ -30 dB), pour 2 1/2 minutes

Répétition toutes les 5 minutes

Synchrisation avec le GPS (-0 +1 sec.)

Tes temps de réception sur Terre seront décalés d'env. 2.5 secondes suite à l'aller-retour de la propagation EME.

La SETI League espère que la balise peut être reçue même par les modestes radiotélescopes amateurs, compte-tenu de la puissance des logiciels et du matériel de traitement de signaux digitaux (DSP). Nous solicitons des rapports de reception pour les observateurs amateurs et professionnels.

Photos de la station EME

Le système d'antennes de la balise moonbounce de la SETI League. La station utilise quatre hélices 15 tours Olde Antenna Lab enroulées avec une polarisation circulaire droite (pour émettre), et quatre autres LHCP entoulées (pour recevoir les échos de la Lune). Les antennes peuvent être ajustées en azimuth et en élévation grâce à un système de rotor Yaesu G5600B. Notez que les hélices sont réparties de chaque côté pour minimiser le moment de torsion sur le rotor d'élévation. photo WA2IKL
La balise moonbounce opère complètement sous contrôle informatique et peut être commandée via internet. Ces ordinateurs (obtenus chez eBay) affichent le status du système, et permettent aux antennes de suivre la Lune via une interface LL Grace Kansas City Tracker contrôlée par le programme NOVA pour Windows de Non-Linear Systems. photo WA2IKL
Les excitations du moonbounce sont créées principalement par un générateur de signaux micro-onde haute-précision Hewlett-Packard (en bas), acheté chez eBay pour quelques dollars. La stabilité en fréquence est fournie par une horloge atomique achetée chez eBay, et les vérifications se font par un compteur digital qui utilise oscillateur GPS Trimble Thunderbolt comme référence en fréquence. photo WA2IKL
Ce Thunderbolt GPS-Disciplined Clock, offert par Trimble Navigation Ltd., fournit une vérification de la fréquence de la balise moonbounce à quelques fractions d'un Hertz. Le don a été mis en place par le membre de la SETI League Art Lange, W6RXQ, également employé de Trimble. photo SETI League
Une cascade d'amplificateurs de Down East Microwave Inc. apporte la sortie du synthétiseur milliwatt jusqu'à un biveau à 20 watt. Le générateur (en bas) vient d'eBay. Les objectifs sont d'augmenter la puissance du transmetteur (voir ci-dessous), et de conduire des tests périodiques à différents niveau de puissance (à la fois plus hauts et plus bas) pour permettre l'utilisation de nombreux systèmes de réception. photo WA2IKL
Cet amplificateur en puissance, construit par Harry Price, K3AX, peut avoir en sortie au maximum 225 Watts CW. Il sera mis en service dans le courant de cette année, mais à un niveau de puissance réduit. Ainsi, on s'attend à ce qu'il augmente le niveau de puissance de la balise jusqu'à environ 100 watts, pour un EIRP de + 74 dBm. photo WA2IKL

Photos de la première lumière

Richard Factor, WA2IKL, président de la SETI League, a visité l'Observatoire d'Arecibo à Puerto Rico en mars 2000. Pendant qu'il y était, il a appris que la balise micro-onde de la sonde spatiale Pioneer 10, longtemps utilisée par les radioastronomes pour calibrer leurs instruments, ne pouvait plus être détectée sur Terre. Factor a promis à l'astronome Peter Backus que la SETI League fournirait une balise en remplacement, en faisant rebondir des signaux micro-ondes sur la Lune. Une année plus tard, cette promesse fut réalisée. photo WA2IKL
L'équipe du projet Phoenix à l'Observatoire d'Arecibo, au travail pendant la nuit du 9 mars 2001 pour réussir la première réception de la balise moonbounce de la SETI League. De gauche à droite : l'astronome Seth Shostak N6UDK (au bord du cadre), le scientifique informaticien Gerry Harp, le scientifique informaticien Rob Ackermann, l'astronome Jill Tarter et le membre du Congrès Lamar Smith (juste hors champ, avec juste sa jambe visible). Les moonbouncers de la SETI League ont observé les progrès à Arecibo via la webcam de SETI Institutes. photo SETI Institute
A cause du blizzard qui a frappé le nord-est des USA la semaine des premiers tests du moonbounce, l'opérateur chargé du contrôle Richard Factor WA2IKL était coincé au travail et il a exploité la balise à distance via internet. Le directeur exécutif, H. Paul Shuch N6TX était bloqué à la maison, à plus de 320 kilomètres de là, coordonnant les efforts de Richard Factor et de l'équipe d'Arecibo, également par internet. Cet écran NOVA lui a permis de contrôler la position des antennes, et celle de la Lune à Arecibo et W2ETI en simultanné. image SETI League
Cet affichage montre la balise décalée par effet Doppler, tel qu'il fut reçu au grand radiotélescope d'Arecibo. L'analyseur de spectre multi-canaux (MCSA) du Projet Phoenix a fait ressortir notre signal à environ 22 dB en-dessous du niveau de bruit du récepteur, tandis que notre balise illuminait la Lune à une puissance de plus de 10 Watts. Ces résultats marginaux s'expliquent par la présence de glace sur l'antenne émettrice, par des vents violents interférant avec une poursuite convenable de la Lune, et de la largeur de bande excessivement faible d'Arecibo, qui sous-illumine le disque lunaire de manière significative, recouvrant ainsi un insuffisant 1% de l'énergie radiante reflétée par la Lune. photo Seth Shostak / SETI Institute
A l'Académie des Sciences de Californie, le directeur exécutif présente la première carte QSL extra-terrestre de la SETI League à l'astronome Seth Shostak du Projet Phoenix, pour sa première réception réussie de l'Observatoire d'Arecibo de notre balise de calibration monnbounce. photo SETI League