télécommunications, satellite de - informatique.
Publié le 25/04/2013
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2.2. 4 Orbite géostationnaire
Les satellites à orbite géostationnaire constituent de loin les satellites les plus employés.
Placés au-dessus de l’équateur à 35 786 km d’altitude, ces satellites géostationnaires effectuent leur révolution en vingt-quatre heures, durée qui correspond à la période de rotation de la Terre.
Se déplaçant dans le même sens et à la même vitesse
angulaire que le globe, ils apparaissent ainsi immobiles depuis le sol et peuvent couvrir instantanément une large calotte équivalant environ à un hémisphère.
Conservant toujours la même position par rapport à la Terre, les satellites géostationnaires peuvent être associés à des antennes terrestres fixes.
Ils présentent cependant l’inconvénient d’être situés bas sur l’horizon lorsqu’ils couvrent des zones
éloignées de l’équateur : les signaux à transmettre, parcourant une plus grande distance, subissent des atténuations plus importantes, et mettent plus de temps à arriver sur Terre (un quart de seconde en plus).
Le premier satellite de ce type, Syncom 2, a été lancé par la NASA en 1963.
Depuis, une vingtaine de satellites géostationnaires sont mis en orbite chaque année.
Tous ces satellites décrivent la même orbite, aussi a-t-il fallu résoudre le problème d’un
éventuel encombrement.
Chaque État possède donc une portion du cercle, et les pays n’ayant pas de satellites louent généralement leur fraction d’orbite aux autres.
En dépit de ces mesures, l’orbite des satellites géostationnaires demeure très
chargée, notamment par des « satellites-poubelles » qui n’ont plus assez d’énergie pour être opérationnels, mais qui restent tout de même en orbite.
Ces derniers constituent un danger pour les satellites en activité et les stations spatiales, car ils ont
tendance à se désagréger progressivement.
On constate donc qu’il n’existe pas d’orbite idéale pour les systèmes de communication par satellites : le choix diffère selon les caractéristiques recherchées.
3 NATURE DES ÉQUIPEMENTS
3. 1 Dans l’espace
Un satellite de télécommunications comprend une plate-forme qui gère le contrôle thermique, l’alimentation électrique et la stabilité, cette dernière étant assurée par des propulseurs à poudre.
Il comporte également une charge utile, composée
d’antennes et de dispositifs électroniques.
Des batteries, ainsi que des cellules à énergie solaire montées sur de grands panneaux fixés au satellite, alimentent les différents équipements.
Afin d’éviter les interférences, les signaux captés sont réémis
sur une fréquence différente, en général plus basse.
Ce changement de fréquence entre les antennes de réception et d’émission est assuré par des appareils appelés répéteurs, chargés également d’amplifier massivement le signal.
Les performances des satellites de télécommunications placés sur l’orbite géostationnaire sont améliorées d’année en année.
Au début des années 2000, leur puissance électrique approche les 20 kW grâce à des panneaux solaires qui dépassent 25 m
d’envergure.
La qualité des composants leur assure une durée de vie minimale de quinze ans.
Ce n’est pas l’électronique qui limite leur longévité, mais la quantité d’ergols (substances chimiques constituant à la fois le carburant et le comburant) qu’ils
peuvent emporter pour corriger leur position dans l’espace.
Les satellites ayant tendance à dériver et à tourner sur eux-mêmes, les antennes sont dépointées, et l’orientation des panneaux solaires change.
Aussi, lorsque la dérive dépasse les limites
autorisées, des petits moteurs à hydrazine (ou plus récemment des moteurs ioniques), pilotés par la centrale inertielle de la plate-forme, interviennent.
Lorsque les réserves de carburant sont épuisées, le satellite n’est plus opérationnel, bien que ses
composants soient toujours en état de marche.
Deux grandes améliorations sont intervenues en 1998 pour prolonger la durée de vie de deux satellites de télévision directe.
La première concerne le lanceur Ariane 4, avec la manœuvre « Ours » (Optimisation de l’utilisation de la réserve statistique).
En effet, une fusée Ariane emporte toujours plus d’une centaine de kilos d’ergols supplémentaires pour affiner l’orbite si
celle-ci n’est pas nominale ; or, cette réserve n’est jamais complètement utilisée et se perd dans l’espace.
La manœuvre « Ours » consiste à affecter la réserve au satellite.
Si l’orbite est trop basse, le satellite la corrige de lui-même.
Sinon, les 100 kg
d’ergols supplémentaires augmentent d’un an ou deux sa durée de vie.
La seconde amélioration est mise en œuvre sur Panamsat 7 avec l’utilisation, pour la première fois, de moteurs ioniques au lieu de moteurs chimiques à décomposition d’hydrazine.
Le rendement de la réserve est amélioré d’un facteur 10.
L’orbite géostationnaire est encombrée de dizaines de satellites qui ne fonctionnent plus depuis longtemps et qui mettront plusieurs siècles pour retomber sur Terre.
Pour éviter d’aggraver cette situation, les satellites récents disposent d’une réserve
suffisante d’ergols en fin de vie pour permettre d’augmenter leur altitude d’une centaine de kilomètres.
Ils libéreront ainsi une place sur l’orbite géostationnaire, et il leur faudra plusieurs millénaires pour redescendre.
Alors que les satellites géostationnaires deviennent de plus en plus gros (plus de 6 tonnes pour les satellites thaïlandais Thaïcom 4-Ipstar et américain Spaceway 2), on commence à lancer des constellations de petits satellites (de poids inférieurs
à 500 kg) en orbite basse (altitude inférieure à 1 500 km) pour les liaisons téléphoniques.
Leur proximité de la Terre est telle qu’un simple téléphone portable peut les atteindre.
Avec ces constellations, l’abonné est libéré des infrastructures
terrestres ; il peut téléphoner de n’importe où, du milieu du Sahara ou des glaces de l’Antarctique.
Deux constellations ont été mises en orbite : Iridium (Motorola) avec 66 satellites interconnectés, opérationnels depuis septembre 1998 (constellation rachetée par Boeing) ; et GlobalStar (consortium international piloté par la société américaine Loral
Space & Communications) avec 48 satellites en orbite basse (1 400 km d’altitude), reliés aux réseaux terrestres depuis la fin novembre 1999.
Beaucoup de progrès ont été réalisés sur les antennes des satellites en vue d’économiser l’énergie nécessaire à l’amplification de puissance des signaux (gain).
La zone de couverture des antennes est ainsi ajustée à la mission demandée, selon que
l’on désire desservir de grandes zones comme les États-Unis ou bien de plus petites comme le Luxembourg.
En effet, il apparaît inutile d’utiliser une large couverture pour une zone peu étendue, d’autant plus qu’un faisceau étroit permet d’offrir un
gain élevé.
3. 2 Sur Terre
Un système complet de télécommunications par satellites comporte un certain nombre d’équipements au sol.
D’une part, il possède, comme pour tout satellite artificiel, des stations de poursuite, de télémesure et de télécommande qui contrôlent le
suivi de la trajectoire.
D’autre part, il est doté de stations d’émission qui assurent les liaisons montantes vers le satellite, et de stations de réception qui établissent les liaisons descendantes ; de manière générale, les stations jouent les deux rôles.
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