Alouette-I : Des données sauvegardées… 60 ans plus tard!
Des ingénieurs canadiens du Centre de recherches sur les télécommunications de la défense du Canada à Ottawa vérifient l'équipement utilisé pour traiter les données Alouette. (Source : NASA, Alouette: Canada's First Satellite – NASA Facts, 1964.)
Certains doutaient que le premier satellite canadien puisse fonctionner. Mais à une époque où les satellites étaient conçus pour ne durer que quelques mois, Alouette-I a réussi à transmettre des données pendant plus de dix ans, soit plus longtemps que n'importe quel autre satellite de l'époque! Lancé le , Alouette-I était le premier satellite entièrement conçu et construit par un pays autre que l'URSS ou les États-Unis.
Lancé le , le satellite scientifique Alouette-I marquait l'entrée du Canada dans l'ère spatiale. (Source : Agence spatiale canadienne, NASA.)
L'héritage scientifique et technique d'Alouette-I a fait couler beaucoup d'encre au fil des ans. Ses retombées scientifiques sont variées, notamment le développement des télécommunications, que nous tenons souvent pour acquises aujourd'hui. Pourtant, des décennies plus tard, les données ont failli être perdues, n'eussent été la prévoyance et les efforts déployés pour les sauvegarder.
À l'heure actuelle, ces données ont été extraites, traitées et informatisées. Elles pourraient être utilisées avec les systèmes informatisés puissants d'aujourd'hui pour produire un modèle plus exhaustif de l'ionosphère terrestre des années ou pour atteindre tout autre objectif scientifique créatif ou inédit.
Production d'ionogrammes
Les données d'Alouette-I ont été traitées par le Centre de recherches sur les télécommunications de la défense (CRTD). L'installation de traitement des données était située sur le campus de la baie Shirleys, près d'Ottawa. C'est là que les techniciens écoutaient le signal d'Alouette-I et traitaient les bandes de données.
Leur travail consistait à produire des ionogrammes, qui décrivent les réflexions des ondes radio émises par le satellite sur la face supérieure de l'ionosphère. Les ionogrammes ont été enregistrés sur des pellicules 35 mm.
Ionogramme enregistré sur une pellicule 35 mm. (Source : Agence spatiale canadienne.)
Grâce à un vaste réseau de stations terrestres internationales qui recueillaient les données, des milliers de bandes arrivaient quotidiennement de Quito (Équateur), de Woomera (Australie) et de Resolute Bay (Arctique canadien), pour ne donner que quelques exemples.
L'installation de traitement des données du CRTD était le seul endroit au monde où il était possible de produire des ionogrammes de haute qualité. Elle fonctionnait 70 heures par semaine et, au cours de ses six premières années d'existence, elle a traité et enregistré environ 2,3 millions d'ionogrammes!
Animation des ionogrammes tels qu'ils auraient été vus sur une pellicule 35 mm. (Source : Agence spatiale canadienne.)
Pourquoi y avait il autant de données provenant d'Alouette-I?
La réponse est simple : la mission a duré longtemps.
Parmi les choix de conception qui ont assuré la longévité exceptionnelle du satellite, il y avait une norme élevée de contrôle de la qualité. Colin Franklin, ingénieur électricien en chef d'Alouette-I, et son équipe ont réalisé que la qualité des transistors semi conducteurs commerciaux ne convenait pas aux applications spatiales. Ils ont donc collaboré avec des fabricants pour concevoir des transistors et des circuits capables de fonctionner dans des conditions de température et d'alimentation électrique très variables.
L'équipe a également eu l'audace de mettre au point un émetteur dont la puissance était 10 fois supérieure au minimum requis. Selon M. Franklin, cette décision cruciale a facilité la conception de l'antenne et la production d'une grande quantité d'ionogrammes de haute qualité.
Colin Franklin, sur les défis de conception du premier satellite canadien, Alouette-I. (Source : Agence spatiale canadienne.)
Malgré le dévouement remarquable de l'équipe, certains doutaient que le satellite puisse fonctionner. « Nous ne savions pas que les autres pensaient que nous n'y arriverions pas. Jamais on ne nous a dit que ce que nous faisions était impossible », a déclaré Colin Franklin, 95 ans, lors d'une activité organisée par l'Agence spatiale canadienne (ASC) en .
Le , quelques mois avant le lancement d'Alouette-I, l'essai nucléaire Starfish Prime d'une puissance de 1,4 mégatonne a été réalisé en haute altitude, au dessus de l'atoll Johnston, dans l'océan Pacifique. Il a entrainé une baisse notable du rendement des autres satellites en service à l'époque. De ce fait, la confiance dans le succès d'Alouette-I a été amoindrie. Et pourtant, Alouette-I a résisté et duré plus longtemps que les satellites de l'époque. C'est grâce, principalement, à son dispositif d'alimentation électrique, conçu pour pouvoir tolérer une dégradation de 40 % du rendement des cellules solaires. L'attention portée par l'équipe à la fiabilité du satellite s'est révélée révolutionnaire : personne ne s'attendait à ce qu'il doive résister au rayonnement artificiel créé par une bombe à hydrogène.
Sauvegarde des données d'Alouette-I : des années à aujourd'hui
En , Colin Franklin a prononcé un discours lors d'une cérémonie internationale de remise de prix organisée par l'Institute of Electrical and Electronics Engineers. À la fin de son discours, il s'est demandé à voix haute :
« Le programme Alouette ISIS a produit environ 50 000 bandes analogiques de données de sondage en contrehaut. Quelqu'un va-t-il les numériser et les conserver pour les archives, ou va-t-on tout simplement les jeter? Voilà une question à laquelle l'Agence spatiale canadienne devra réfléchir, et peut être le Centre de recherches sur les communications. »
Franklin faisait référence aux bandes originales enregistrées dans les stations terrestres internationales et expédiées à Ottawa pour être transformées en ionogrammes. En , de nombreuses bandes produites à partir des données des satellites Alouette ISIS avaient dépassé leur durée de conservation et risquaient donc d'être détruites.
Près de 30 000 rouleaux de pellicule 35 mm (négatifs) contenant des ionogrammes d'Alouette-I, d'Alouette-II et d'ISIS. Ces rouleaux ont été conservés à Bibliothèque et Archives Canada, à Ottawa. (Source : Agence spatiale canadienne.)
En , le centre spatial Goddard de la NASA a lancé un processus de numérisation. Malheureusement, l'effort de restauration des données n'a porté que sur deux bandes produites à partir des données d'Alouette-I, car les bandes du satellite avaient déjà été détruites ou étaient considérablement dégradées.
Les rouleaux de pellicule 35 mm produits au CTRD pouvaient durer 35 ans s'ils étaient entreposés dans l'obscurité. En , les rouleaux produits à partir des données d'Alouette-I et d'autres satellites Alouette ISIS étaient entreposés depuis plus de 40 ans. Une fois de plus, les données risquaient d'être détruites.
L'ASC a pris possession des quelque 30 000 rouleaux de pellicule et insisté pour qu'ils soient numérisés avant une dégradation trop importante. En , l'ASC a commandé cette numérisation à une société. Dans le cadre de cet effort, qui portait au départ sur les données provenant d'Alouette-I, 5054 rouleaux de pellicule ont été numérisés, ce qui a engendré la production de 1 612 104 images d'ionogrammes.
Cette année là, l'ASC a participé au Space Apps Challenge de la NASA pour la première fois. Une équipe d'étudiants en mathématiques et en génie de l'Université de Waterloo, qui a trouvé une façon de lire les métadonnées, a remporté les honneurs.
Au cours des années suivantes, une équipe de l'ASC a mis au point un algorithme d'extraction des données.
À gauche : points de données cartographiés ayant été extraits.
À droite : image numérisée correspondante de l'ionogramme. (Source : Agence spatiale canadienne.)
En , l'équipe a pu traiter toutes les images disponibles provenant d'Alouette-I, et ce, grâce à l'environnement informatique virtuel haute performance de l'Agence. Dans le cadre de ce processus, un nouveau format de métadonnées a été créé. Afin de pouvoir le lire, un algorithme de reconnaissance de texte basé sur l'intelligence artificielle et capable de lire les numéros directement à partir des images numérisées a été utilisé.
Au bout du compte, 693 677 images numérisées ont été entièrement lues et traitées!
Importance historique et culturelle des données d'Alouette-I
Il existe de nos jours des satellites et des instruments qui collectent des données sur l'ionosphère et les phénomènes météorologiques spatiaux. Mais par rapport à ceux-ci, Alouette-I a ceci de particulier : il est le seul à donner un aperçu de l'ionosphère des années , une époque où les satellites pouvaient se compter sur les doigts de la main. Ces données, autrefois réservées aux scientifiques, sont aujourd'hui accessibles à tous. Elles peuvent être réanalysées à l'aide d'ordinateurs beaucoup plus performants que ceux utilisés à l'époque.
Vue d'artiste d'Alouette-I en orbite, les antennes complètement déployées. Les côtés plats sont recouverts de panneaux solaires datant des années . (Source : Agence spatiale canadienne.)
Alouette-I orbite toujours autour de la Terre, à une altitude d'environ 1000 km. Les pellicules, les images numérisées et les données extraites témoignent du travail de pionnier réalisé par le Canada dans les années . Ces artéfacts matériels et immatériels sont importants pour les Canadiens d'aujourd'hui et pour les générations à venir.
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