Tendances Technologiques/Systeme en orbite terrestre basse
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Status | Publié | ||||||
Version originale | 29 janvier 2020 | ||||||
Mise à jour | 30 janvier 2020 | ||||||
Publication Officielle | Système en Orbite Terrestre Basse.pdf | ||||||
La catégorie orbite basse (LEO) s’applique à l’équipement électronique qui tourne autour de la Terre aux latitudes inférieures, en général entre 200 et 2 000 kilomètres (km) au-dessus de la surface de la Terre, contrairement aux objets en orbite géosynchrone haute, situés en général à 35 786 km au-dessus de la Terre. En comparaison, la Station spatiale internationale (SSI) est un objet LEO qui évolue à environ 400 km au-dessus de la surface de la Terre.
Sommaire opérationnel
Les objets en orbite géosynchrone haute, comme les satellites, suivent la rotation de la Terre et semblent stationnaires, et ce, même s’ils peuvent dériver vers le nord ou vers le sud [1]. Les objets LEO, quant à eux, se déplacent à très grandes vitesses et ne restent pas à un endroit fixe par rapport à la surface de la planète [2]. De plus, les satellites géosynchrones suivent la rotation de la Terre à une vitesse orbitale d’environ 3,06 x 103 mètres par seconde (m/s), tandis qu’un satellite LEO peut se déplacer à 7,78 x 103 m/s, et faire plusieurs révolutions par jour autour de la Terre. Un objet LEO est plus près de la Terre, ce qui le fait évoluer plus rapidement en raison de la gravité terrestre. La SSI fait le tour de la Terre à une vitesse de 28 000 km/h; elle exécute un tour complet en 90 minutes, soit 16 révolutions par jour au total; et elle couvre de nombreuses régions de la Terre à divers moments[3].
Sommaire technique
En pratique, un satellite LEO nécessite le moins d’énergie pour la mise en orbite puisqu’il est plus près de la Terre que les satellites en orbite haute. Pour maintenir une LEO, un satellite doit avoir une vitesse orbitale suffisante, généralement de 7,8 km/s. Il restera en orbite jusqu’à l’épuisement de son carburant. La dernière réserve de carburant est en fait utilisée pour les ralentir. De cette façon, il sortira de l’orbite et brûlera dans l’atmosphère [6]. La National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA), la NASA et d’autres organismes américains et internationaux effectuent le suivi de tous les satellites dans l’espace. Lorsqu’un satellite est lancé, il est placé sur une orbite spécifique pour éviter les collisions avec les autres satellites. Mais les collisions sont inévitables, et il arrive parfois qu’un satellite quitte son orbite et puisse entrer en collision avec un autre.
Comme l’orbite basse est beaucoup plus près de la Terre, le satellite LEO fournit une meilleure puissance de signal et une grande largeur de bande, car le signal se propage moins loin et peut donc atteindre le récepteur prévu beaucoup plus rapidement. Il élimine aussi la latence de communication puisque le signal a le moins de délais de propagation par rapport au signal émis depuis d’autres orbites en raison de la proximité de la LEO par rapport à la Terre. Sa latence plus courte permet de l’utiliser dans des applications critiques en temps réel. En raison de leur proximité par rapport à la Terre, les satellites LEO sont également utilisés pour l’observation de la Terre et l’espionnage.
En revanche, comme la LEO est moins éloignée de la surface de la planète, les communications des satellites LEO couvrent moins de surface ou de région de la Terre. Pour couvrir toute la surface de la Terre, il faut un groupe de satellites, appelé constellation, pour assurer une couverture continue et une certaine redondance en même temps. En général, lorsqu’un satellite devient hors de portée, un autre satellite peut capter le signal et continuer à l’envoyer dans la chaîne de satellites jusqu’à ce que le récepteur soit à portée. De surcroît, la capacité de transmission des signaux d’un satellite vers un autre est beaucoup plus rapide puisque chaque satellite est très près de ses voisins, ce qui permet une transition en douceur et une latence moindre.
Utilisation par l’industrie
Le marché spatial mondial a évolué et s’est développé au cours de la dernière décennie. Il a pris de l’ampleur par rapport aux 176 milliards de dollars qu’il valait en 2006, et on estime qu’il dépassait 345 milliards de dollars en 2018. L’illustration la plus claire de l’intérêt croissant du secteur privé pour les activités spatiales est sans doute la croissance des investissements de capital risque au cours des deux dernières décennies. Songeons qu’entre 2000 et 2014, les jeunes pousses dans le secteur spatial ont reçu un total de 1,1 milliard de dollars en investissements de capital risque, soit environ 73 millions de dollars par an. En 2015 seulement, plus de 1,8 milliard de dollars ont été investis en capital risque. En 2016, plus de 100 investisseurs ont versé 2,8 milliards de dollars à 43 jeunes pousses du secteur spatial dans le cadre de 49 ententes, pour un montant moyen de 57,1 millions de dollars. En 2017, plus de 120 investisseurs ont investi 3,9 milliards de dollars dans des entreprises spatiales commerciales, soit une augmentation de près de 40 % en un an[7].
Grâce à sa bande passante élevée et à sa faible latence, un satellite LEO peut être utilisé pour les télécommunications, comme la téléphonie et les données. La constellation de satellites Iridium est un exemple de système de satellites de communication en LEO. Ce système compte 66 satellites de communication actifs en plus de satellites de rechange autour de la Terre. Il permet des communications vocales et de données partout dans le monde à l’aide d’appareils portatifs. De plus, le réseau Iridium est unique en ce sens qu’il couvre toute la planète, y compris les pôles, les océans et les couloirs aériens. Par ailleurs, ces satellites sont souvent visibles dans le ciel nocturne sous forme d’éclairs lumineux de courte durée, connus sous le nom de flash Iridium.
Des sociétés comme Oneweb et SpaceX déploient actuellement un grand nombre de satellites qui formeront, à terme, des mégaconstellations pour fournir un accès Internet partout dans le monde.
Utilisation par le gouvernement du Canada
Dans le budget de 2019, le gouvernement fédéral a annoncé un financement de 1,7 milliard de dollars canadiens pour le programme Brancher pour innover ainsi que pour la création d’un nouveau Fonds pour la large bande universelle. Une partie du nouveau Fonds sera consacrée à l’acquisition d’une capacité satellitaire LEO à faible latence pour l’Internet à large bande [8]. L’initiative vise à offrir un accès universel à une connectivité haute vitesse à large bande abordable et fiable aux Canadiens, depuis n’importe quel l’endroit, pour leur permettre d’accéder à Internet.
En juillet 2019, le gouvernement du Canada (GC) s’est associé à Télésat pour mettre au point une constellation de satellites LEO qui fournira une connectivité Internet haute vitesse partout au Canada, en particulier dans les collectivités rurales et éloignées dans le Nord. Le gouvernement du Canada s’est engagé à verser 85 millions de dollars canadiens par l’entremise du Fonds stratégique pour l’innovation pour permettre à Télésat de développer et de mettre à l’essai sa future constellation LEO [9]. Il propose aussi de verser à Télésat une contribution sur 10 ans pouvant atteindre 600 millions de dollars canadiens afin d’appuyer les efforts de déploiement de l’entreprise [10]. La constellation sera déployée à une altitude approximative de 1 000 km et comptera près de 120 satellites[11].
Répercussions pour Services partagés Canada (SPC)
Proposition de valeur
Actuellement, Services partagés Canada (SPC) utilise déjà les systèmes de satellites LEO d’Iriduim, d’Inmarsat, de MSAT et de Globalstar[14]pour offrir des services téléphoniques, de télécopie, de données et de géolocalisation par satellite qui sont accessibles partout dans le monde. En 2017, SPC a octroyé trois contrats de service par satellite Iridium pour un montant total de 13,2 millions de dollars à MetOcean Telematics et à Track24 Canada afin de poursuivre la prestation par le gouvernement du Canada de services par satellite [15].
La croissance observée sur le marché des satellites LEO peut être mise à profit pour compléter les services déjà offerts par SPC. En tant que fournisseur de services du gouvernement du Canada, l’équipe satellite de SPC sera en mesure d’offrir un accès Internet haute vitesse à un coût moindre aux autres ministères ayant des bureaux dans des collectivités rurales et éloignées.
Problèmes
L’Agence spatiale européenne estime que près de 166 millions d’objets, d’une taille allant de moins de 1 mm à celle d’un réfrigérateur, tournent autour de la Terre à une vitesse moyenne de 10 km/s ou 36 000 km/h.[18] N’importe lequel de ces objets pourrait causer des dommages considérables s’il frappait des satellites actifs ou même la Station spatiale internationale, et ces impacts pourraient même engendrer d’autres débris.
Une situation théorique appelée « syndrome de Kessler » suppose qu’une réaction en chaîne de débris spatiaux explosifs pourrait créer une barrière mortelle autour de la planète qui empêcherait de futurs efforts spatiaux[19]Donald J. Kessler (d’où le nom de l’effet), un scientifique de la NASA, a averti que les lancements continus en LEO pourraient créer un environnement dense au-dessus de la planète pouvant causer une probabilité accrue de collision d’objets entre eux et de création d’une quantité exponentielle de débris spatiaux.
Le lancement prévu d’environ 120 satellites pour la constellation de Télésat, ainsi que l’ensemble des 12 000 satellites proposés pour la constellation Starlink de SpaceX et la constellation de 648 satellites de OneWeb, vont ajouter encore beaucoup d’objets en LEO. La liste des projets énumérés ici n’est pas exhaustive, et d’autres entreprises ont manifesté leur intérêt pour lancer leurs propres constellations. L’augmentation du trafic de satellites crée des défis nouveaux et uniques là où aucun cadre réglementaire n’a été mis en place auparavant. À l’heure actuelle, lorsqu’une organisation demande l’autorisation de lancer des satellites, elle communique avec les organismes de réglementation de son propre pays[20]
À l’heure actuelle, aucun organisme international ne surveille les débris spatiaux. Cette tâche est actuellement effectuée par le 18e Escadron spatial de l’U.S. Air Force, qui exploite le Space Surveillance Network (SSN), peut suivre des objets plus gros qu’une balle molle en LEO et peut prévoir les approches rapprochées, les rentrées et la probabilité de collision[22].
Les satellites en orbite basse sont suffisamment près de la Terre pour être affectés par la traînée atmosphérique, de sorte qu’ils finissent par s’écraser si leur trajectoire n’est pas corrigée. Les plans actuels d’élimination des satellites LEO consistent simplement à les faire rentrer dans l’atmosphère pour qu’ils brûlent à leur rentrée [25].
Selon les normes actuelles d’élimination des satellites, il faudrait désorbiter les satellites 25 ans après leur date de fin de vie utile[27]Ce délai constitue une lacune réglementaire, car le nombre de satellites placés en orbite basse est plus grand que le nombre de satellites qui descendent.
Enfin, les communautés des astronomes et des observateurs d’étoiles craignent que l’augmentation du nombre de satellites dans l’espace perturbe la vue du ciel nocturne. Lorsqu’ils traversent le ciel, les panneaux solaires d’un satellite peuvent réfléchir la lumière du soleil vers la Terre et créer une strie visible[29]. En raison de l’augmentation du nombre de satellites, les astronomes devront corriger les images captées pour éliminer les traînées de lumière réfléchie.
Considérations
Comme nous l’avons mentionné précédemment, le GC et les Canadiens ont beaucoup à gagner des systèmes de satellites LEO. SPC, en particulier, a déjà de l’expérience dans l’offre de services par satellite et est bien placé pour gérer les nouveaux services que la technologie par satellite peut offrir. Bon nombre des ministères partenaires bénéficieraient de l’accès à la puissance accrue offerte par les satellites LEO par rapport au système actuel en place. Nombre d’entre eux ont besoin de vitesses Internet rapides, mais ils ne se sont pas encore dotés de telles promesses en raison du manque de capacités des technologies actuelles.
SPC devra aussi envisager l’avenir.
Pour la plupart des opérations des systèmes de satellites LEO, il faudra des compétences en matière de maintenance et de gestion du service par satellite LEO. Certaines compétences devront peut-être être transférées à des tiers pour combler les lacunes dans l’expertise de SPC. En conséquence, SPC devrait tenir compte des talents dont il a besoin pour continuer d’offrir des services de systèmes de satellites LEO, ainsi que pour intégrer et harmoniser les nouveaux services par satellite LEO avec l’ancien équipement existant, les infrastructures et réseaux plus récents, et ses stratégies ministérielles globales.
Références
- ↑ Rouse, M. (Août 2019) low earth orbit (LEO) satellite Récupéré de whatis
- ↑ Low Earth Orbit (LEO) (n.d.) Récupéré de https://www.techopedia.com/definition/8044/low-earth-orbit-leo
- ↑ Quora Contributor (3 octobre 2017) How Does the ISS Travel Around The World Récupéré de forbes
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- ↑ Where Do Old Satellites go When They Die? (28 juin 2019) Récupéré de https://spaceplace.nasa.gov/spacecraft-graveyard/en/
- ↑ Johnson, M. (9 juillet 2019) The Emerging Commercial Marketplace in Low-Earth Orbit Récupéré de la NASA
- ↑ Building a Better Canada: Universal High-Speed Internet (19 mars 2019) Récupéré de https://www.budget.gc.ca/2019/docs/nrc/infrastructure-infrastructures-internet-en.html
- ↑ Memorandum of understanding between Industry Canada and Telesat Canada (24 juillet 2019) Récupéré de http://www.ic.gc.ca/eic/site/smt-gst.nsf/eng/sf11543.html#_blank
- ↑ . Simmons, L. (24 juillet 2019) The Government of Canada and Telesat Partner to Bridge Canada’s Digital Divide through Low Earth Orbit (LEO) Satellite Technology, Over $1 Billion in Revenue for Telesat expected Récupéré de Telesat
- ↑ The Canadian Press (2019, July 24) https://toronto.citynews.ca/2019/07/24/canada-invests-85m-into-advanced-satellites-to-connect-rural-remote-regions/ Canada invests $85M into advanced satellites to connect rural, remote regions Récupéré de CityNews
- ↑ What is the RCM? (12 juin 2019) Récupéré de http://www.asc-csa.gc.ca/eng/satellites/radarsat/what-is-rcm.asp
- ↑ Iridium Satellite Services Contract Award (26 juillet 2017) Récupéré de https://www.canada.ca/en/shared-services/news/2017/07/_iridium_satelliteservicescontractaward.html
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- ↑ Milestones in the Collaborative Procurement Solutions Approach (8 novembre 2016)Récupéré de https://www.canada.ca/en/shared-services/corporate/telecommunications-transformation/industry-engagement.html
- ↑ Rouse, M. (août 2019) low earth orbit (LEO) satellite Récupéré de whatis
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- ↑ Mortillaro, N. (26 février 2018) Space junk threatens to disrupt our daily lives. Here's what experts are trying to do about it Récupéré de CBC
- ↑ Ratner, P. (29 août 2018) How the Kessler Syndrome can end all space exploration and destroy modern lifeRécupéré de Big Think
- ↑ Byers, M. (28 juillet 2019) With investment in Telesat, Canada enters the communications space race Récupéré de The Globe and Mail
- ↑ Mission Statement (n.d.) Récupéré de https://www.itu.int/en/ITU-R/information/Pages/mission-statement.aspx
- ↑ Space Debris and Space Traffic Management (14 novembre 2018) Récupéré de https://aerospace.org/article/space-debris-and-space-traffic-management
- ↑ The Associated Press (4 septembre 2019) European probe dodges SpaceX satellite to avoid collision Récupéré de CBC News
- ↑ 24 Cassella, C. (4 septembre 2019) Problems Predicted From Satellite Fleets Like SpaceX's Starlink Have Already Started Récupéré de science alert
- ↑ Brodkin, J. (10 avril 2017) SpaceX and OneWeb broadband satellites raise fears about space debris Récupéré de ars technica
- ↑ Strickland, K.S. (14 mai 2015) This Watery Graveyard Is the Resting Place for 161 Sunken Spaceships Récupéré de gizmodo
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- ↑ Grush, L. (15 février 2019) Watch a satellite spear space debris with a harpoon Récupéré de the verge
- ↑ Drake, N. (19 mai 2019) Will Elon Musk’s Starlink satellites harm astronomy? Here’s what we know Récupéré de National Geographic
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