COMMENT FONCTIONNE UN SATELLITE DE COMMUNICATION

Savez-vous comment fonctionne un satellite de télécommunication ?
16 août 2011 (00:00)
Satellite, Orbite & Télécommunications
Comment voyagent les signaux ? Quelle bande de fréquence utiliser ? Quelles sont les particularités de l’orbite géostationnaire ? Comment s’effectue la régulation des positions des satellites en orbite ?
Un satellite de télécommunication fonctionne comme un relais : ses antennes de réception reçoivent les signaux émis depuis les stations au sol, ces signaux sont filtrés, transposés en fréquence et amplifiés, puis retransmis par les antennes de transmission vers la Terre. Dans certains cas, le signal est traité à bord par des processeurs numériques de signal, comme c’est le cas pour des missions très particulières comme celles d’Inmarsat-4 ou de Skynet 5. Toutefois la plupart des satellites sont « transparents » et retransmettent le signal sans le modifier : ils ne font que le transporter exactement où il le faut, et c’est là l’essentiel.

Comment voyagent les signaux ?

Les signaux sont véhiculés par des ondes porteuses qui sont modulés (en fréquence, en amplitude, …). Chaque signal est caractérisé par une fréquence et par une largeur de bande. La largeur de bande est d’autant plus grande que le débit d’informations, c’est-à-dire le contenu informatif du signal, est important.

Quelle bande de fréquence utiliser ?

La retransmission d’un signal au contenu informatif important (voix + son + image) impose l’utilisation d’une large plage de fréquence. Les plages de télécommunication se situent principalement dans six bandes de fréquence désignées par des lettres.

La largeur de bande utilisable pour moduler un signal commande directement le débit d’informations transmises (bande passante), indépendamment de la fréquence de la porteuse. Les fréquences très élevées telles que celles de la bande Ka peuvent s’accommoder plus facilement de larges bandes passantes que les fréquences plus basses comme celles de la bande L où la bande passante disponible est plus étroite et très disputée entre utilisateurs.

Le choix des fréquences tient compte de la nature des applications et des besoins en largeur de bande, des conditions de propagation, ainsi que des infrastructures existantes et des équipements nécessaires au sol.

Plus la fréquence est élevée, plus les faisceaux générés peuvent être directifs pour une taille d’antenne donnée : l’énergie est mieux concentrée et le même spectre peut être réutilisé plusieurs fois sur des zones (« cellules ») non adjacentes.



Des plages précises à l’intérieur des bandes sont allouées à chaque système utilisateur. L’attribution des bandes de fréquence montantes et descendantes se fait de façon normalisée par l’UIT (Union Internationale des Télécommunications), en fonction du type de service proposé, et doit être coordonnée entre les opérateurs pour éviter les interférences entre satellites.

Au même rythme que la Terre : l’orbite géostationnaire

Les satellites de télécommunication, pour la plupart, se trouvent en orbite géostationnaire.

L’orbite géostationnaire est une orbite circulaire, située dans le plan équatorial. Sur cette orbite, un satellite tourne à la même vitesse et dans le même sens que la Terre, et reste ainsi stationnaire, fixe au dessus du même point au sol. Cette orbite est à une altitude de près de 36 000 km (35 784 km exactement), soit environ 6 fois le rayon de la Terre, et a une période orbitale de 23h 56 m.

Pourquoi 23h56 et pas 24h ? A cause de la différence entre le temps que met la Terre pour tourner sur elle-même et la durée du jour. En effet, la durée du jour est un peu plus longue que le temps que met la Terre pour tourner sur elle-même puisqu’il faut tenir compte de la rotation de la Terre autour du soleil. Il y a 365 jours dans une année et la Terre tourne 366 fois sur elle-même. Il y a donc environ 4 min de décalage entre le jour sidéral et le jour solaire.

L’orbite géostationnaire est particulièrement bien adaptée pour les applications de communication car les antennes au sol, qui doivent impérativement être pointées vers le satellite, peuvent fonctionner efficacement sans devoir être équipées d’un système de poursuite des mouvements du satellite. L’exemple le plus connu est celui de la parabole utilisée pour recevoir les signaux de télévision par satellite, qui doit toujours être précisément pointée vers l’endroit du ciel où se situe le satellite.

Le satellite de télécommunication géostationnaire est utilisé tel un relais fixe pour la retransmission d’informations (voix, images, données), avec une couverture très étendue qui atteint 40 % de la planète pour un seul satellite.

COMMUNICATIONS

Des satellites pour toutes les applications
16 août 2011 (00:00)
Télécommunications & Communications sécurisées
Une connectivité à grande échelle avec une souplesse incomparable
 Les services de télécommunication au niveau mondial reposent largement sur les satellites, qui assurent aussi bien les liaisons de notre vie quotidienne pour nous informer ou nous divertir que les liaisons sécurisées les plus critiques. Leur angle de vue unique sur notre Terre depuis l’orbite géostationnaire leur ouvre de multiples applications, sans frontières ni zones d’ombre :




Grâce à des liaisons fixes ou point à point, grande distance, vers des antennes fixes, les satellites permettent des applications variées : transport de téléphonie, de données, de TV et de contenu internet entre centres de distribution et vers des têtes de réseau, réseaux d’entreprises reliant des terminaux répartis (VSAT), réalisant ainsi une connectivité à grande échelle avec une souplesse incomparable.

Dans de nombreuses régions du globe, les réseaux terrestres sont fragmentaires, voire inexistants. La connexion satellite ouvre donc une porte sur le monde aux habitants des régions les moins bien desservies.

Télédiffusion


La principale application pour les satellites de télécommunication est depuis plusieurs années la télédiffusion directe de TV ou de radio : les chaînes télévisées et radio sont transmises depuis des stations sol vers les satellites qui les renvoient sur de vastes zones de couverture sur Terre, directement au domicile de l’utilisateur.

Un seul satellite peut fournir plusieurs centaines de chaînes de télévision à un pays tout entier, voire un continent. La numérisation de la transmission de ces signaux a accru énormément le potentiel d’un satellite en termes de nombres de chaînes, ce qui a ouvert la voie aux bouquets satellites. Les émissions peuvent être reçues par des usagers privés aussi bien que publics au moyen de clés donnant accès à la connexion satellite.

Il y a un peu plus de 20 ans, la multiplication des satellites de télévision directe a fait disparaître la notion de « zones d’ombres », ces régions souvent isolées par un relief qui ne pouvaient recevoir la télévision par l’hertzien terrestre.

De nos jours, grâce aux satellites, tous les foyers ont accès aux mêmes chaînes, que ce soit en qualité standard ou en haute définition.

Astrium est un leader mondial des satellites à haute puissance pour la télédiffusion directe avec plus de 40 satellites construits à ce jour.

Dotés chacun de 64 transpondeurs en bande Ku, les satellites actuels Hot Bird 8 à 10 ont trois fois plus de capacité que les satellites Hot Bird 2 à 5 lancés dix ans auparavant.



Les satellites actuellement en construction par Astrium pour Astra représentent une capacité équivalente à 75 % de la flotte de cet opérateur en service à ce jour.

Services pour les mobiles


Les liaisons mobiles – voix, données, vidéo, vers des petits terminaux que l’on peut déplacer et qui n’ont pas besoin d’être orientés précisément – constituent un autre pilier des applications des satellites de télécommunication. Leur généralisation à l’échelle planétaire induit une standardisation de l’environnement professionnel, avec des liaisons haut débit partout dans le monde.

Il ne fait aucun doute que les communications mobiles représentent l’avenir et les tendances indiquent qu’un jour nos téléphones portables, reliés en permanence au net et connectés avec le monde entier, contiendront l’intégralité de notre savoir et de notre identité.

Astrium conçoit et développe les satellites les plus sophistiqués tels que les trois Inmarsat-4 en opération et Alphasat I-XL, actuellement en assemblage final à Toulouse.

Inmarsat-4: Les trois satellites en opération autour du globe fournissent des liaisons large-bande aux utilisateurs de mobiles à l’échelle mondiale.

Services interactifs large bande


Le satellite permet à tous de bénéficier d’un accès internet en créant une liaison bidirectionnelle large bande entre un foyer – aussi loin qu’il soit des réseaux terrestres – et une station reliée à la dorsale internet.

Les satellites de dernière génération offrent désormais un accès réel au haut débit. Fin 2010, le lancement d’Hylas 1 et de Ka-Sat, deux satellites ultramodernes développés et fabriqués par Astrium et offrant une couverture multifaisceaux en bande Ka, marque une révolution radicale de l’Internet par satellite pour tous.


Hylas 1, le satellite hautement adaptable, permet à l’opérateur britannique Avanti d’adapter son offre, en puissance et en débit, à la demande.


Développé pour Eutelsat, Ka-Sat est le tout premier satellite de très grande capacité (« High-Throughput Satellite ») dédié à l’internet en bande Ka sur l’ensemble de l’Europe et le bassin méditerranéen.

La technologie multi-faisceaux, la réutilisation massive de fréquence et le pointage à très haute précision ont permis d’atteindre la capacité record de 70 Gbps.

Communications sécurisées

Disposer des communications efficaces, rapides et surtout sécurisées revêt une importance capitale dans la conduite des opérations militaires modernes. Les communications militaires consistent en des liaisons sécurisées avec une grande flexibilité de couverture.

Il est des moments capitaux où l’information doit impérativement être transmise, en toute sécurité, aux bons interlocuteurs, quel que soit l’endroit et l’hostilité de l’environnement. Les forces armées savent que les satellites répondent à cet impératif de communication. A la différence des réseaux sol, les satellites offrent, à tout instant, une large couverture, une plus grande souplesse en termes de puissance d’émission et de fréquences et, de manière déterminante, sont presque totalement indépendants des obstacles pouvant entraver le fonctionnement des réseaux terrestres.

Astrium fournit des solutions satellite pour les forces armées de différentes nations, avec notamment les systèmes Skynet 5 pour la Grande-Bretagne et SATCOMBw-2 pour l’Allemagne.

INTERNET ETC...

http://youtu.be/78G1j43-gRI

NEW SKIES

Les besoins ressentis dans les années 60 en termes de télécommunications internationales ont été à l'origine de la création d'INTELSAT (International Telecommunication Satellite). Lors de sa constitution en 1964, l'organisation Intelsat regroupait onze pays et dès 1966, était capable de desservir tous les pays du monde grace à un important réseau de satellites. En 1998, un processus de privatisation d'Intelsat a été mis en oeuvre, et la première étape s'est concrétisée par le transfert de six satellites Intelsat à une société privée de droit hollandais, New Skies.

L'opérateur NEW SKIES dispose d'un réseau de satellites géostationnaires situés à 36000 km d'altitude dans le plan équatorial. Cette position leur permet de disposer d'un "recul" important par rapport à la Terre et d'assurer des fonctions de télécommunication entre différentes zones géographiques de la planète.Le réseau New Skies est dédié aux télécommunications et les satellites NSS (New Skies Satellites) dont certains sont issus d'Intelsat sont disposés de façon à couvrir les régions "clientes".

Ci-dessus : vue d'artiste de NSS 806
Ce satellite (ex Intelsat) a été mis sur orbite
en 1998 par un lanceur Atlas depuis la base
de Vandenberg (Copyright New Skies).
Ci-dessus : vue d'artiste de NSS 6.
Ce satellite a été mis sur orbite en 2002
par un lanceur Ariane 44L depuis la base
de Kourou (Copyright New Skies).
Caractéristiques générales :

Les satellites de télécommunication sont en général de gros satellites, équipés de transpondeurs et gourmands en énergie.

A titre d'exemple, NSS 806 a une masse de 3245 kg et son fonctionnement nécessite une puissance de 4900 W, ce qui impose des panneaux solaires de grande dimension. Construit par Lockheed Martin et lancé en 1998, sa durée de vie est prévue pour 18 ans.
Du point de vue télécommunications , il est équipé de 28 transpondeurs en bande C ( entre 3,4 et 6,65 GHz) et de 3 transpondeurs en bande Ku (entre 11,7 et 14,25 GHz).

Un exemple de mise en oeuvre d'un satellite New Skies au cours de l'expédition Clipperton

Ci-dessus : satellite Intelsat en construction (Copyright Alcatel Space)

Telstar 1

Telstar 1 fut le premier satellite de communication et le premier destiné à transmettre des communications téléphoniques. Il appartenait à AT&T, et fut lancé à bord d'une fusée Delta depuis le Cap Canaveral le 10 juillet 1962.
Il permit la première émission de télévision en direct (mais non publique) le 11 juillet 1962, entre les stations au sol d'Andover aux États-Unis et Pleumeur-Bodou en France. Le 23 juillet 1962, ce fut également grâce à lui qu'eut la première retransmission en mondovision.

Telstar 1 avait une forme de coquille à 72 facettes de 88 cm de diamètre et pesait 77 kg. Il émettait sur 4 169,72 MHz et recevait sur 6 389,58 MHz via son encodeur PCM/FM/AM. Le satellite fonctionna parfaitement jusqu'en novembre 1962, date à laquelle le contrôleur de communication embarqué commença à défaillir. Le satellite fut alors en mise en route permanente pour contourner le problème jusqu'au 23 novembre 1962. Le 23 novembre le satellite cessa de répondre aux ordres envoyés depuis le sol. La NASA réussit à rétablir le contact avec le satellite le 20 décembre 1962, des données furent collectées par intermittence jusqu'au 21 février 1963, le satellite cessa alors définitivement toute communication pour cause de défaillance de son émetteur. Cet arrêt est dû à deux explosions nucléaires stratosphériques d'essai des États-Unis (StarFish) et de l'URSS : le satellite fut touché par les radiations, ce qui occasionna la perte de ses transistors d'émission1.
D'après le Bureau Américain d'Enregistrement des Objets Stellaires (U.S. Registry of Space Objects Launched into Outer Space), le satellite Telstar 1 est toujours en orbite autour de la terre (juillet 2008)2.

ARTEMIS

Artémis (Advanced Relay and TEchnology MISsion) est un satellite de télécommunications expérimental de l'Agence spatiale européenne conçu en collaboration avec le Japon et lancé en 2001.

Artemis est un démonstrateur qui doit tester plusieurs nouvelles technologies :
L'utilisation d'un moteur ionique.
Le rôle de relais entre d'une part les satellites en orbite basse (Envisat, Spot 4), les infrastructures orbitales européennes liées à la station spatiale internationale (ATV et Columbus), le satellite Adéos 2 développé en coopération avec le Japon et d'autre part les stations terrestres. Cette nouvelle technique permet aux satellites d'observation de transférer leurs données alors qu'ils ne sont pas en vue des stations de réception. La station au sol à Toulouse est ainsi en contact avec les satellites lorsque ceux-ci survolent la portion du globe comprise entre l'Inde et l'Amérique du sud.
Les liaisons entre satellites par laser : instrument Silex qui permettent de transférer des données avec un débit important sans consommer beaucoup d'énergie.
Les premiers composants du système de navigation par satellites européen EGNOS.
Lancement

Lancé par une fusée Ariane 5 le 12 juillet 2001, le moteur chargé de placer le satellite sur orbite géostationnaire est victime d'une défaillance qui ne lui permit d'atteindre qu'une orbite de 17 000 km au lieu des 36 000 km visées.
Il fut reconfiguré à distance pour atteindre sa position souhaitée, par le biais d'une nouvelle procédure. D'abord par une série de mises à feu, utilisant la plus grande partie de son carburant, pour le mettre sur une orbite circulaire plus élevée. Puis par ses moteurs ioniques, prévus initialement seulement pour corriger son orbite, grâce à une trajectoire en spirale, qui lui a fait gagner 15 km par jour et atteindre, en 18 mois, son altitude de 36 000 km1.

ARTEMIS

Artemis : le satellite européen fête ses dix ans en orbite
 le 12 juillet 2011

Il y a dix ans, jour pour jour, une fusée Ariane 5 lançait le satellite de télécommunications expérimental européen Artemis, développé avec le Japon. Un anniversaire au bilan des plus positifs, grâce aux missions accomplies avec succès par le satellite considéré comme une démonstration des avancées technologiques réalisées en matière de télécommunications par satellite.

Le satellite-relais de données Artemis fête aujourd'hui ses dix ans dans l'espace, nous rappelle l'Agence spatiale européenne (ESA) dans un communiqué. Lancé le 12 juillet 2001 par une fusée Ariane 5, le satellite géostationnaire a accompli avec succès sa "mission impossible", alors que le moteur qui devait le placer en orbite avait défailli au moment de son lancement, n'atteignant qu'une orbite de 17.000 kilomètres alors qu'il devait monter jusqu'à 36.000 kilomètres. Mais après dix-huit mois, grâce à une configuration réalisée à distance, Artemis parvint à atteindre cet objectif. Plusieurs mises à feu ont en effet permis de le placer sur une orbite circulaire plus élevée. Puis ses moteurs ioniques, prévus pour corriger son orbite, lui ont fait prendre une trajectoire en spirale au cours de laquelle il a, chaque jour, parcouru 15 kilomètres.

                                                          télécommunications pour objectif

Artemis a été lancé avec trois principaux objectifs, explique l'ESA. Le premier consistait à fournir des communications inter-satellite grâce à la technologie laser à haut débit. Le second visait à relayer des signaux améliorés GPS et Glonass pour le système de navigation européen EGNOS, aujourd'hui utilisé pour des services civils de positionnement et d’aide aux transports à la sécurité primordiale. Enfin, le satellite avait pour mission d'assurer des télécommunications vocales et des transmissions de données entre des terminaux mobiles, et ce dans des zones isolées d’Europe et d’Afrique du Nord, et dans l’Atlantique.
"En dix années, Artemis a fait la démonstration de l’expertise que l’ESA et l’industrie européenne, au travers du succès de sa mission, ont acquise dans les télécommunications par satellite", se félicite Franco Ongaro, le chef du Département Telecom Technologies, Products and Systems de l’ESA. Et d'ajouter : "Artemis est non seulement le précurseur du prochain European Data Relay Satellite (EDRS) en termes de fourniture d’un service par satellite, mais comme un démonstrateur de nouvelles techniques de communication". Après dix ans de bons et loyaux services, le satellite Artemis sera en effet prochainement remplacé par la constellation de satellites européens EDRS. Un réseau qui devrait assurer une couverture complète à l'horizon 2012.