Constellation de satellites

Une constellation de satellites est un groupe de satellites artificiels identiques qui travaillent de concert pour fournir une prestation en assurant généralement une couverture quasi-complète de la planète. Ces satellites circulent sur des orbites choisies de manière que leurs couvertures au sol respectives se complètent. Les premières constellations de satellites sont déployées pour répondre à des besoins de positionnement (système TRANSIT de l'Armée américaine) puis de téléphonie par satellite (Iridium...). La généralisation des systèmes de navigation par satellite et la diminution du coût des composants entraînent une multiplication des constellations. Au début des années 2020 sont ainsi déployées des mégaconstellations de plusieurs milliers de satellites en orbite basse (OneWeb, Starlink...) dont l'objectif premier est de fournir un accès à haut débit aux utilisateurs éloignés des réseaux terrestres. La multiplication des satellites circulant en orbite basse qui en résulte accentue le problème de la gestion des débris spatiaux.

Présentation

Satellite de la constellation Iridium.

Couverture de la constellation Iridium.

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Un satellite artificiel peut fournir des services de télécommunications (téléphonie fixe, transfert de données, téléphonie mobile, diffusion de chaînes de télévision...) ou de navigation (position, vitesse) avec une meilleure couverture géographique qu'un système terrestre et pour un coût plus faible, puisqu'il requiert des infrastructures terrestres comparativement réduites. Ce type de prestation se développe dans les années 1970, qui voient la mise en place de satellites placés sur une orbite géostationnaire. Cette orbite permet de maintenir le satellite au-dessus d'une région choisie et d'assurer ainsi une couverture permanente. Une constellation de trois à quatre satellites géostationnaires peut offrir une couverture complète du globe terrestre (hors régions polaires, car un satellite géostationnaire est nécessairement positionné à une latitude nulle, c'est-à-dire à l'aplomb de l'équateur). Cette solution est adoptée pour la première couverture météorologique du globe, assurée par une constellation formée de satellites de différentes nations — Europe (Météosat), Etats-Unis (GEOS), Russie, Chine, Inde — judicieusement positionnés, ainsi que par les systèmes de télécommunications Intelsat et Inmarsat.

Les satellites géostationnaires présentent plusieurs inconvénients. Leur première limitation est un temps de réponse élevé, lorsque le service est interactif (par exemple : téléphonie ou navigation sur Internet) ; l'aller-retour du signal radio entre le satellite situé à 36 000 km d'altitude et la Terre est d'environ 250 millisecondes. La solution consiste à utiliser une constellation de satellites en orbite basse (inférieure à 2 000 km). Leur couverture étant plus faible, il faut alors les placer en nombre suffisamment élevé pour assurer une continuité de service. Les premières constellations de ce type sont mises en place à la fin des années 1990 pour assurer la téléphonie par satellite (Iridium, Globalstar) et comportent de 50 à 70 satellites. Au début des années 2020 se mettent en place de nouvelles constellations pour fournir un accès à internet à haut débit aux utilisateurs trop éloignés des réseaux terrestres. Pour desservir les dizaines de millions d'utilisateurs prévus, ces constellations comptent des centaines (OneWeb), voire des milliers de satellites (Starlink, Kuiper).

La deuxième restriction est la couverture. L'orbite géostationnaire couvre mal ou pas du tout les latitudes hautes. Les applications de télédétection comme le suivi de l'évolution de la végétation, des catastrophes naturelles, la reconnaissance militaire nécessitent une couverture globale qui peut toutefois ne pas être continue. Pour répondre à ce besoin, les satellites sont placés sur des orbites basses souvent héliosynchrones. Pour obtenir une fréquence de revisite plus grande, on a alors recours à une constellation comportant quelques (deux, trois...) satellites identiques.

Pour qu'un utilisateur puisse obtenir sa position précise en temps réel, son terminal (ex. : GPS) doit pouvoir réaliser une triangulation entre trois ou quatre satellites au minimum, visibles et largement écartés. Le premier système de navigation par satellite, TRANSIT, mis au point pour les forces armées des États-Unis, repose sur une constellation de dix satellites en orbite basse polaire. Mais compte tenu de l'altitude des satellites (environ 1 000 kilomètres) et de leur nombre réduit, un seul satellite est généralement visible à un instant donné. La position ne peut être actualisée qu'une fois par heure (au mieux) et la précision est médiocre (200 mètres au mieux). Le système de navigation par satellite qui remplace TRANSIT dans les années 1990, le GPS, repose sur une constellation d'une trentaine de satellites circulant en orbite moyenne (20 000 kilomètres). Il résout les limitations du système précédent en fournissant une position immédiate avec une précision de l'ordre du mètre.

Domaines d'application

Article détaillé : Applications des satellites.