Sep 18, 2019 Par Team YoungWonks *
Comment fonctionne la communication par satellite? Étant donné que les satellites sont largement utilisés aujourd’hui à des fins de communication – entre autres -, c’est une question de plus en plus pertinente. Ce qui nous amène au sujet de notre dernier blog. Mais avant d’examiner comment les satellites nous aident à communiquer sur d’énormes distances, commençons par le début.
Qu’est-ce qu’un satellite ?
Un satellite est essentiellement tout objet qui tourne (ou en d’autres termes, orbite) autour d’un autre objet dans l’espace. Certains satellites sont naturels, tandis que d’autres sont artificiels (artificiels). La lune est un exemple de satellite naturel en orbite autour de la terre. Dans le système solaire, il existe six systèmes de satellites planétaires contenant 185 satellites naturels connus.
Aujourd’hui, le terme satellite désigne généralement les objets artificiels transportés dans l’espace. Tout comme leurs homologues naturels, ceux-ci orbitent autour d’une planète et la principale différence est qu’ils ont été intentionnellement placés en orbite.
Spoutnik 1 est le premier satellite artificiel au monde. Il a été lancé dans l’espace le 4 octobre 1957 par l’Union soviétique. Depuis lors, environ 8 900 satellites de plus de 40 pays ont été lancés.
Il est important de noter ici que les satellites sont utilisés à plusieurs fins. Par exemple, ils peuvent être utilisés pour faire des cartes d’étoiles et des cartes de surfaces planétaires, et aussi prendre des photos de planètes sur lesquelles ils sont lancés. Les types courants comprennent les satellites militaires et civils d’observation de la Terre, les satellites de communication, les satellites de navigation, les satellites météorologiques et les télescopes spatiaux. Les satellites sont généralement des systèmes contrôlés par ordinateur semi-indépendants. Les sous-systèmes de satellites effectuent de nombreuses tâches, telles que la production d’énergie, le contrôle thermique, la télémétrie, l’attitude.
En fait, les stations spatiales et les engins spatiaux humains en orbite sont également des satellites. Les orbites des satellites diffèrent considérablement, selon le but du satellite, et sont classées de plusieurs manières. Les classes bien connues (qui se chevauchent) comprennent l’orbite terrestre basse, l’orbite polaire et l’orbite géostationnaire.
Comment ces satellites sont-ils lancés dans l’espace ? Cela se fait avec un lanceur, essentiellement une fusée qui place le satellite en orbite. Le plus souvent, la fusée décolle d’une rampe de lancement à terre, mais certaines ont été lancées en mer depuis un sous-marin ou une plate-forme maritime mobile, ou à bord d’un avion.
Dans ce blog, nous examinerons de près les satellites de communication. Ils sont appelés ainsi parce qu’ils sont utilisés à des fins de communication.
Qu’est-ce qu’un satellite de communication ?
Un satellite de communication est un satellite artificiel qui relaie et amplifie les signaux de télécommunications radio via un transpondeur. Il crée essentiellement un canal de communication entre un émetteur source et un récepteur à différents endroits sur terre. Les satellites de communication sont utilisés pour la télévision, le téléphone, la radio, Internet et les applications militaires. Il y a actuellement 2 134 satellites de communication en orbite terrestre et ceux-ci comprennent des organisations privées et gouvernementales. Plusieurs sont en orbite géostationnaire à 22 236 milles (35 785 km) au-dessus de l’équateur, de sorte que le satellite semble immobile au même point du ciel. La période orbitale de ces satellites est la même que la vitesse de rotation de la Terre, ce qui permet à son tour aux antennes paraboliques des stations au sol de viser en permanence cet endroit; elles n’ont pas à se déplacer et à le suivre. Étant donné que les ondes radio à haute fréquence utilisées pour les liaisons de télécommunications voyagent en ligne de mire, elles sont obstruées par la courbe de la terre. Ce que font ces satellites de communication, c’est qu’ils relaient le signal autour de la courbe de la terre, rendant ainsi possible la communication entre des points géographiques largement éloignés. Les satellites de communication utilisent une large gamme de fréquences radio et micro-ondes. Pour éviter les interférences de signaux, les organisations internationales ont des règlements indiquant quelles gammes de fréquences (ou bandes) certaines organisations sont autorisées à utiliser. Cette allocation de bandes réduit les risques d’interférence du signal.
Orbites des satellites
Les satellites peuvent être classés selon leurs orbites. Comme mentionné précédemment, beaucoup sont des satellites géostationnaires, car ils ont une orbite géostationnaire (GEO), qui est à 22 236 miles (35 785 km) de la surface de la terre. Ici, le satellite semble être dans la même position dans le ciel lorsqu’il est vu par des observateurs au sol. Donc, ici, les antennes au sol n’ont pas à suivre le satellite dans le ciel.
Les satellites en orbite terrestre moyenne (MEO) sont ceux qui sont les plus proches de la terre ; leurs altitudes orbitales varient de 2 000 à 36 000 kilomètres (1 200 à 22 400 mi) au-dessus de la terre. La région située au-dessous des orbites moyennes se trouve à environ 160 à 2 000 kilomètres (99 à 1 243 mi) au-dessus de la terre et est appelée Orbite terrestre basse (LEO).
Les satellites MEO et LEO orbitant plus rapidement autour de la terre, ils ne sont pas continuellement visibles dans le ciel à un point fixe de la terre. Au lieu de cela, ils semblent traverser le ciel et se « coucher” lorsqu’ils vont derrière la terre. Cela signifie qu’offrir des services de communication continus avec ces satellites en orbite inférieure nécessiterait un plus grand nombre de satellites, garantissant ainsi qu’au moins un d’entre eux soit toujours dans le ciel pour faciliter la transmission des signaux de communication. Mais il est également important de noter qu’en raison de leur distance relativement plus courte à la terre, leurs signaux sont beaucoup plus forts.
Constellations de satellites
Un groupe de satellites travaillant ensemble s’appelle une constellation de satellites. Deux de ces constellations, censées offrir des services de téléphonie par satellite (principalement vers des régions éloignées), sont les systèmes Iridium et Globalstar. Le système Iridium compte 66 satellites. Il est également possible aujourd’hui d’assurer une couverture discontinue à l’aide d’un satellite en orbite terrestre basse qui peut stocker des données reçues en passant sur une partie de la terre et les transmettre plus tard en passant sur une autre partie. Le système EN CASCADE utilisé par le satellite de communications CASSIOPE du Canada en est un bon exemple.
Montée en puissance des satellites de communication
Spoutnik 1 a été le premier satellite terrestre artificiel au monde; il a été placé en orbite par l’Union soviétique le 4 octobre 1957. À l’époque, il était équipé d’un émetteur radio embarqué qui fonctionnait sur deux fréquences : 20.005 et 40.002 MHz. Spoutnik 1 a été lancé comme une étape majeure dans l’exploration de l’espace et le développement de fusées.
Cela dit, il n’a pas été placé en orbite pour envoyer des données d’un point de la terre à un autre. Le premier satellite à relayer les communications était en fait Pioneer 1, une sonde lunaire prévue. Le vaisseau spatial s’est rendu à mi-chemin de la lune et a volé suffisamment haut pour effectuer le relais de preuve de concept de télémétrie à travers le monde: d’abord de Cap Canaveral à Manchester, en Angleterre; puis d’Hawaï à Cap Canaveral; et enfin, à travers le monde d’Hawaï à Manchester.
Applications / Utilisations des Satellites de communication
1. Les téléphones satellites:
Ils sont la première et historiquement la plus importante utilisation des satellites de communication. Le réseau téléphonique public fixe commuté achemine les appels téléphoniques des téléphones fixes vers une station terrienne, d’où ils sont transmis à un satellite géostationnaire. La liaison descendante suit un chemin analogue. Avec des améliorations significatives des câbles de communication sous-marins grâce à l’utilisation de la fibre optique, les satellites ne sont plus utilisés pour la téléphonie fixe à la même échelle. Mais cela ne signifie pas que les satellites ne sont plus utilisés pour la communication. Des endroits éloignés tels que l’île de l’Ascension, Sainte-Hélène, Diego Garcia et l’île de Pâques n’ont pas de câbles sous-marins en service, de sorte que ces zones ont besoin de téléphones satellites. La communication par satellite est également nécessaire sur les continents et les pays où les télécommunications par téléphone fixe sont rares ou inexistantes, par exemple en Antarctique, au Groenland, dans de grandes régions d’Amérique du Sud, d’Afrique, du Canada, de la Chine, de la Russie et de l’Australie.
Les autres utilisations des terres pour les téléphones satellites comprennent les navires en mer, les plates-formes en mer, les renforts pour les hôpitaux, les militaires et les loisirs. En règle générale, les systèmes de téléphonie par satellite fonctionnent par l’intermédiaire d’un système téléphonique local dans une zone isolée avec une liaison au système téléphonique dans une zone terrestre principale. Il existe également des services qui enverront un signal radio à un système téléphonique. Dans cet exemple, presque n’importe quel type de satellite peut être utilisé. Les téléphones satellites atteignent directement une constellation de satellites géostationnaires ou en orbite terrestre basse. Les appels sont ensuite transmis à un téléport satellite connecté au Réseau Téléphonique public commuté.
2. Télévision Par Satellite:
La télévision par satellite consiste à transmettre des émissions de télévision aux téléspectateurs en les relayant depuis un satellite de communication en orbite autour de la terre directement à l’emplacement du téléspectateur. Les signaux sont reçus via une antenne parabolique extérieure appelée antenne parabolique et un convertisseur abaisseur de bloc à faible bruit. Un récepteur satellite – soit un décodeur externe, soit un tuner de télévision intégré – décode le programme de télévision souhaité pour le visionnage sur un téléviseur. La télévision par satellite offre une large gamme de chaînes et de services. C’est la seule télévision disponible dans de nombreuses régions éloignées qui n’ont pas de service de télévision terrestre ou de télévision par câble. Les signaux des systèmes modernes sont transmis par un satellite de communication sur les fréquences de la bande Ku (12-18 GHz) qui n’ont besoin que d’une petite antenne parabolique de moins d’un mètre de diamètre.
Contrairement aux premiers systèmes qui utilisaient des signaux analogiques, les systèmes modernes utilisent des signaux numériques qui permettent la transmission de la télévision haute définition standard de la télévision moderne, grâce à l’efficacité spectrale beaucoup améliorée de la diffusion numérique. À partir de 2018, les seules chaînes reposant sur la diffusion par satellite en signaux analogiques sont la Star One C2 brésilienne et la chaîne américaine C-SPAN sur AMC-11. Différents récepteurs sont nécessaires pour les deux types. Certaines transmissions et chaînes sont non cryptées et donc libres d’accès ou de visionnage. D’autres chaînes sont transmises par cryptage (télévision payante), ce qui oblige le téléspectateur à s’abonner et à payer des frais mensuels pour recevoir la programmation. La consommation de télévision par satellite a maintenant beaucoup moins de preneurs en raison de la tendance à couper le cordon, où les gens préfèrent regarder la télévision en streaming sur Internet.
3. Radio par satellite:
Une radio par satellite ou une radio par abonnement (SR) est essentiellement un signal radio numérique qui est relayé par un satellite de communication et qui couvre généralement une plage géographique plus large que les signaux radio terrestres. La radio par satellite fournit des services de diffusion audio dans certains pays, dont les États-Unis. Les services mobiles, comme SiriusXM et Worldspace, permettent aux auditeurs de voyager à travers le continent et de syntoniser la même programmation audio n’importe où. Les services, tels que Music Choice ou le contenu diffusé par satellite de Muzak, nécessitent un récepteur à emplacement fixe et une antenne parabolique. Dans tous les cas, l’antenne doit avoir une vue dégagée sur les satellites. Dans les endroits où les bâtiments hauts, les ponts ou même les garages de stationnement obscurcissent le signal, des répéteurs peuvent être utilisés pour mettre le signal à la disposition des auditeurs.
4. Satellite radio Amatuer:
Les radioamateurs utilisent des satellites amateurs, qui ont été créés spécifiquement pour le trafic radioamateur. La plupart de ces satellites fonctionnent comme des répéteurs spatiaux, et sont généralement utilisés par des amateurs équipés d’équipements radio UHF ou VHF et d’antennes hautement directionnelles comme les antennes Yagis ou dish. En raison des coûts de lancement, la plupart des satellites amateurs sont lancés sur des orbites terrestres basses et sont conçus pour ne traiter que quelques brefs contacts à un moment donné.
5. Internet par satellite :
L’accès Internet par satellite désigne l’accès à Internet rendu possible par les satellites de communication. Aujourd’hui, le service Internet par satellite de qualité grand public est généralement offert aux personnes par l’intermédiaire de satellites géostationnaires qui peuvent fournir des vitesses de données relativement élevées, en particulier grâce aux satellites plus récents utilisant la bande Ku pour atteindre des vitesses de données en aval allant jusqu’à 506 Mbit / s. Après les années 1990, la technologie de communication par satellite a été utilisée comme moyen de se connecter à Internet à l’aide de connexions de données à large bande. Ceci est particulièrement utile pour les personnes dans les régions éloignées qui ne peuvent pas bénéficier d’une connexion haut débit.
6. Satellites utilisés à des fins militaires :
Les satellites de communication sont également utilisés pour des applications de communications militaires, telles que les Systèmes mondiaux de Commandement et de contrôle. Les systèmes militaires qui utilisent des satellites de communication sont le MILSTAR, le DSCS et le FLTSATCOM des États-Unis, les satellites de l’OTAN, les satellites britanniques (par exemple, Skynet) et les satellites de l’ex-Union soviétique. L’Inde dispose également d’un premier satellite de communication militaire GSAT-7, ses transpondeurs fonctionnent dans les bandes UHF, F, C et Ku. Les satellites militaires fonctionnent généralement dans les bandes de fréquences UHF, SHF ou EHF (également appelées bande Ka).
Communication par satellite Aujourd’hui
Depuis le lancement du premier satellite Spoutnik 1, environ 8 900 satellites de plus de 40 pays ont été lancés. Selon une estimation de 2018, 5 000 sont en orbite. Sur ces 5 000, 63% des satellites opérationnels sont en orbite terrestre basse, 6% en orbite terrestre moyenne (à 20 000 km), 29% en orbite géostationnaire (à 36 000 km) et les 2% restants en orbite elliptique. Certaines grandes stations spatiales ont en effet été lancées en pièces et assemblées en orbite. Il est important de noter que sur les 5 000 satellites en orbite, seuls 1 900 étaient opérationnels en 2018, tandis que les autres sont désormais devenus des débris spatiaux.
En effet, la pollution spatiale causée par ces débris spatiaux est un gros problème aujourd’hui. Alors, qu’est-ce que les débris spatiaux? Les débris spatiaux se réfèrent aux débris naturels trouvés dans le système solaire, il comprend donc les astéroïdes, les comètes et les météoroïdes. Mais elle ne se limite plus seulement à ces corps. Depuis le début du Programme de débris orbitaux de la NASA en 1979, le terme désigne également les déchets spatiaux ou les déchets spatiaux générés à partir de la masse d’objets disparus créés artificiellement dans l’espace, en particulier sur l’orbite terrestre. Il s’agit notamment de vieux satellites et d’étages de fusées usés et des fragments de leur désintégration et de leurs collisions. En décembre 2016, cinq collisions de satellites ont généré des débris spatiaux. Les débris spatiaux sont également appelés déchets spatiaux, déchets spatiaux, déchets spatiaux ou débris orbitaux.
Aujourd’hui, plusieurs mesures sont prises pour traiter ces débris. américain. a un ensemble de pratiques standard pour l’atténuation des débris orbitaux civils (NASA) et militaires (DoD et USAF), tout comme l’Agence spatiale européenne. En 2007, l’Organisation internationale de normalisation (ISO) a commencé à élaborer une norme internationale pour la réduction des débris spatiaux. L’Allemagne et la France ont émis des obligations pour protéger les biens contre les dommages causés par les débris.
Une autre approche de la réduction des débris consiste à concevoir l’architecture de la mission de manière à toujours laisser le deuxième étage de la fusée sur une orbite géocentrique elliptique avec un périgée bas, assurant ainsi une désintégration orbitale rapide et évitant les débris orbitaux à long terme des corps de fusée usés. L’enlèvement externe de débris spatiaux n’a pas trouvé beaucoup de preneurs, principalement parce qu’il s’est avéré peu rentable.
Avril 2018 a vu le lancement de la mission RemoveDEBRIS. Cette mission vise à tester l’efficacité de plusieurs technologies d’Enlèvement actif des débris (ADR) sur des cibles fictives en orbite terrestre basse. Pour ce faire, il réalisera plusieurs expériences planifiées et la plate-forme sera donc équipée d’un filet, d’un harpon, d’un instrument de télémétrie laser, d’une dragsail et de deux CubeSats (satellites de recherche miniatures). RemoveDEBRIS a été lancé à bord du vaisseau spatial SpaceX Dragon refill dans le cadre de la mission CRS-14 et il est arrivé à la Station spatiale internationale (ISS) le 4 avril 2018.