Kunstig satellit

En kunstig satellit er et menneskeskabt objekt sendt ud i rummet ved hjælp af en bærerakett og kredser om en planet eller en naturlig satellit som Månen . Den hastighed, som bæreraketten giver satellitten, gør det muligt at forblive praktisk talt ubegrænset i rummet ved at kredse om himmellegemet. Dette, defineret i henhold til satellitens mission, kan tage forskellige former - sol - synkron , geostationær , elliptisk , cirkulær - og være placeret i mere eller mindre høje højder , klassificeret som lav , medium eller høj bane .

Den første kunstige satellit, Sputnik 1 , blev lanceret af Sovjetunionen i 1957. Siden den tid er mere end 5.500 kunstige satellitter blevet placeret i kredsløb (2007). Satellitter spiller nu en vigtig rolle både økonomisk ( telekommunikation , positionering , vejrudsigter ), militær ( efterretning ) og videnskabelig ( astronomisk observation , mikrogravitation , jordobservation , oceanografi , højdemetri ). De har især blevet vigtige instrumenter til vores forståelse af det fysiske univers , modellering af klimaændringer og funktion af de oplysninger samfundet .

En kunstig satellit består af en nyttelast , der er specifikt defineret til missionen, der skal opfyldes, og en standardiseret platform, der ofte leverer supportfunktioner såsom strømforsyning, fremdrift, termisk styring , opretholdelse af retning og kommunikation. Satellitten overvåges af et jordkontrolcenter, der sender instruktioner og indsamler de data, der indsamles via et netværk af jordstationer . For at udføre sin mission skal satellitten forblive i en referencebane ved at orientere sine instrumenter nøjagtigt: interventioner er nødvendige med jævne mellemrum for at korrigere de naturlige forstyrrelser af den bane, der genereres, i tilfælde af en jordbaseret satellit, af uregelmæssighederne i feltet tyngdekraften , indflydelsen fra solen og månen samt træk skabt af atmosfæren, der forbliver i lav bane.

Den tekniske udvikling gør det nu muligt at sætte tungere satellitter (op til seks og en halv ton til telekommunikationssatellitter) i kredsløb, der er i stand til at udføre stadig mere sofistikerede missioner (videnskabelige satellitter) med stor autonomi. Levetiden for en satellit, der varierer afhængigt af missionstypen, kan nå femten år. Fremskridt inden for elektronik gør det også muligt at designe mikrosatellitter, der er i stand til at udføre sofistikerede missioner.

Opførelsen af ​​satellitter giver anledning til en meget specialiseret industri, men de mest komplekse instrumenter produceres stadig ofte af forskningslaboratorier . Designet af en satellit, som er vanskelig at reproducere, når det ikke er en telekommunikationssatellit, er en proces, der kan tage ti år i tilfælde af en videnskabelig satellit. Produktionsomkostninger, der kan beløbe sig til flere hundrede millioner euro og lanceringsomkostninger (i størrelsesordenen 10.000 til 20.000 amerikanske dollars pr. Kg) begrænser i øjeblikket udviklingen af ​​denne aktivitet, som bortset fra den meget rentable telekommunikation for operatører hovedsageligt subsidieres af offentlige budgetter .

Fysiske principper

Kredser

Et objekt lanceret fra jordens overflade beskriver en parabolsk bane, der bringer den tilbage til jorden under indflydelse af jordbundens tyngdekraft ( sag A på diagrammet ). Jo større starthastigheden på objektet er, jo længere er faldpunktet ( tilfælde B ). Når en bestemt hastighed er nået, falder objektet, men uden nogensinde at nå jorden på grund af jordens krumning ( sag C ). For objektet at bevare sin hastighed på ubestemt tid, dog skal den bevæge sig i et vakuum over atmosfæren , hvor ingen træk kraft (friktion) udøves: i denne højde, i anvendelsen af inertisætningen , ingen energi er faktisk nødvendigt for at opretholde sin bevægelse.

For at en genstand kan kredse rundt om jorden, skal dens radiale hastighed i forhold til centrum af jorden (injektionshastigheden) være 7.700 meter i sekundet for en cirkulær bane 200  km over jorden (under denne højde er trækket for stort ). Hvis der kommunikeres en højere hastighed til en satellit, der kører i samme højde, bliver kredsløbet elliptisk ( tilfælde D på diagrammet ): Punktet på ellipsen nærmest Jorden er perigeen, og det længste punkt er klimaks . Hvis hastigheden overstiger 11 km i sekundet ( sag E ), satellit undslipper det jordbaserede attraktion: det er den hastighed for frigivelse af Jorden, at det er nødvendigt at kommunikere til en rumsonde , så det kan sendes til andre planeter i det Solsystem .

Den minimale kredsende hastighed er proportional med tyngdekraften - og dermed til massen - i det himmellegeme omkring hvilken satellit skal orbit: et objekt, der letter fra månens jorden behov en meget lavere vandret omdrejningstal kredsløb (4 gange lavere end for jord: 1,7  km / s ).

Forholdet mellem injektionshastighed og bane (apogeum) for en perigee indstillet til 200  km
Perigee
(km)
Injektionshastighed
(km / s)
Bemærkning Peak nået
(km)
Banetype
200 7,78 Minimum kredsløbshastighed 200 Lav (cirkulær bane)
200 8 1000 Lav
200 9.2 10.000 Medium
200 10.2 36.000 Geosynkron
200 10.8 380.000 Måne
200 11 Slip hastighed Uendelig Interplanetarisk

Keplers tre love

Banen på en kunstig eller naturlig satellit styres af de tre love formuleret af Kepler, der gælder for forskydning af et objekt, der kredser omkring et himmellegeme:

Periode og kredsløbshastighed for en kunstig jordbaseret satellit

Keplers love gør det muligt at beregne revolutionens periode ud fra karakteristika for dens bane , hvilket er tidsintervallet mellem to på hinanden følgende passager af en satellit gennem et punkt i dens bane såvel som omløbshastigheden , der svarer til hastigheden på satellitten i forhold til planetens centrum (den anvendte referenceramme holder en fast retning i rummet):

Banetype
Banetype Apogee Perigee Periode hastighed
klimaks

Perigees hastighed
Lav bane
( GOCE )
270  km 270  km 90 minutter 7,7  km / s 7,7  km / s
Solsynkron bane
(Spot 1)
832  km 832  km 102 minutter 7,4  km / s 7,4  km / s
Molnia Orbit 39.900  km 500  km 12 timer 1,49  km / s 10  km / s
Geostationær bane 35.786  km 35.786  km 23 timer 56 min 3,1  km / s 3,1  km / s
P omløbstid af satellit (i sekunder) med ( standard gravitationsparameter for Jorden) Hastighed ved apogeum og perigee

Parametrene for en satellits kredsløb

Seks parametre bruges til at give en satellits position og bane i rummet:

Referenceplaner og linjer

Baneparametrene er defineret i en referenceramme, der består af flere planer og linjer:

  • Jordens bane omkring Solen er indskrevet i et plan kaldet ekliptikplanet , der passerer gennem Solens centrum;
  • den plan terrestriske ækvator er den plan, som går på breddegraden for ækvator,
  • ved forårsjævndøgn, den 21. marts, den jordbaserede ækvators plan skærer ekliptikens plan langs en linje kaldet equinox-linjen, der går gennem solen. Denne lige linje, der betegner landpunktet til uendelig, er fastgjort i solsystemet;
  • en satellits bane skærer ækvatorplanet på to punkter kaldet den stigende knude, når satellitten passerer fra den sydlige halvkugle til den nordlige halvkugle og nedadgående knude . Linjen, der forbinder de to punkter, kaldes linjen af ​​noder .
Orientering af kredsløbsplanet

Den hældning i af planet af kredsløb af satellitten (mellem 0 og 180 grader) er vinklen at planet af kredsløbet gør med planet for ækvator. Når i = 90 ° flyver satellitens bane over polerne (polar bane); hvis i = 0, ligger kredsløbets plan i ækvatorens plan. Banen siges at være direkte, når jeg er mindre end 90 ° og ellers retrograd.

Den stigende knudes længde ☊ (eller højre opstigning af den stigende knudepunkt) er vinklen mellem retningen af knudepunktet og linjen af ​​knudepunkterne i formørkelsesplanet. Hvis kredsløbets plan falder sammen med jævndøgnens linje, er længden af ​​den stigende knude nul.

baneegenskaber i kredsløbsplanet

I det plan, der er defineret af de tidligere parametre, er kredsløbet beskrevet af tre parametre. Formen på ellipsen, der krydses af satellitten, tilvejebringes af to oplysninger:

Den argument perigee ω er den vinkel, der dannes af linjen af knudepunkterne og retningen af perigee (linjen passerer gennem Jorden og perigee af banen af satellitten), i baneplan. Den længdegrad perigee er summen af den opstigende knudes længde og argumentet af perigee.

satellitens position i sin bane

Satellitens position på dens sti kan gives på to måder:

  • ved at specificere den tid, der er gået siden dens passage gennem perigeen. t = 0 angiver, at satellitten er ved sin perigee;
  • ved at indikere vinklen v (kendt som den sande anomali ) dannet af de lige linjer, der går fra midten af ​​jorden mod på den ene side perigeen og på den anden side satellitens position. ν = 0 ° angiver, at satellitten er ved sin perigee.

De naturlige forstyrrelser i kredsløbet

Banen på en kunstig satellit omkring et himmellegeme er ikke helt stabil. Det er modificeret af flere naturlige fænomener, hvis indflydelse varierer alt efter himmellegemet og satellitens position. Hvis det drejer sig om Jorden, er de foruroligende fænomener i faldende rækkefølge for indflydelse:

Udglatningen af ​​himmellegemet ved dets poler

Jorden har ikke en perfekt sfærisk form: dens poler er let flade, mens ækvator har en bule. Disse deformationer inducerer ændringer af kredsløbets plan. Denne bevægelse, den nodale præession , er så meget vigtigere, da kredsløbets hældning er forskellig fra 90 ° og tæt på Jorden.

Denne forstyrrelse, den vigtigste, som satellitten gennemgår, ændrer samtidig den høje opstigning af den stigende knude Ω og argumentet for perigee ω . For at opretholde kredsløbet er det nødvendigt at forbruge meget brændstof. Også satellitterne i lav bane snarere end at korrigere dem udnytter enten ændringer af baneinduceret (satellit i solsynkron bane ) eller placeres i baner med tilbøjeligheder, for hvilke denne forstyrrelse er nul ( i = 90 ° og 63 ° 26 ' ).

Andre uregelmæssigheder i tyngdekraftsfeltet

Jordens tyngdefelt præsenterer andre uregelmæssigheder end dem, der skyldes deformationer ved polen og ved ækvator: de er knyttet til variationer i tæthed ( repletions ) af jordens undergrund ( skorpe og kappe ). Disse er især talrige på Månen. For jordbaserede satellitter ender variationer i tyngdefeltet med at forstyrre kredsløbet med en størrelsesorden meget mindre vigtig end det på grund af udfladning af den jordiske klode.

Atmosfærens modstand

Hvis den himmellegeme, som satellitten drejer sig om, har en atmosfære ( Jorden , Mars , Venus ), udøver den en trækstyrke , der er proportional med kvadratet af satellitens hastighed og atmosfærens tæthed: Satellitens hastighed reduceres gradvist. Hvis kredsløbet er elliptisk, er den første effekt af atmosfærens modstand at gøre den cirkulær (apogee ændres og perigee forbliver uændret), så sænkes den cirkulære bane gradvist. Satellitten ender med at blive ødelagt ved at komme ind i de tætteste lag af atmosfæren. I tilfælde af en satellit, der drejer rundt om jorden i en cirkulær bane, er dens gennemsnitlige levetid lig med (under hensyntagen til virkningen af ​​en gennemsnitlig solvind beskrevet nedenfor):

  • et par dage for en bane på 200  km  ;
  • et par uger på 300  km  ;
  • et par år på 600  km  ;
  • et århundrede ved 800  km (dette er kredsløb fra fjernmålesatellitter , såsom SPOT- familien );
  • flere århundreder ved 1000  km (disse er banerne for konstellationer af telekommunikationssatellitter, såsom Globalstar og Iridium );
  • en million år ved 36.000  km (disse er de geostationære satellitter eller dem, der afslutter deres operationelle tjeneste og desorberes mod en affaldsbane ).

Banen af ​​kunstige satellitter, der cirkulerer i lav bane, holdes generelt over 300  km, så deres levetid ikke er for kort. For visse applikationer (intelligenssatellit, videnskabelig anvendelse) kan en lavere bane vælges midlertidigt eller permanent for at forbedre observationspræcisionen: satellitten skal derefter bære en stor mængde brændstof for at opretholde denne bane ellers er dens varighed. . De amerikanske KH-9 spion satellitter bygget i 1980'erne kan således ned til en højde på 118  km . Vi kan reducere træk fra satellitter, der kredser i lav højde ved at give dem en aerodynamisk form, som i tilfældet med GOCE- satellitten, der for at forfine vores viden om tyngdekraftsfeltet bevæger sig i en cirkelbane på 250  km .

Den solvinden , som er en strøm af plasma består hovedsageligt af ioner og elektroner udstødes fra Solens øvre atmosfære, kan midlertidigt øge træk. Denne strømning varierer i hastighed og temperatur over tid afhængigt af solaktivitet. Dette følger en 11-årig cyklus. I solstråler får opvarmningen af ionosfæren de øvre lag af atmosfæren til at ekspandere opad. Mellem 300 og 500  km kan densiteten multipliceres med 10: trækstyrken øges i forhold, og nogle satellitter kan miste mere end 10  km på få dage. Disse effekter er særligt besværlige for jordobservationssatellitter som Spot, hvis position skal være kendt med stor præcision.

Månens og solens tiltrækningskraft

De to stjerner har indflydelse på banen til en kunstig satellit. På trods af sin masse har Solen en svagere indflydelse end Månen på grund af dens afstand. Jo højere højden på apogen er, desto større er forstyrrelsen: den er nul for satellitter i lav kredsløb og svag for geostationære satellitter.

Strålingstryk

De fotoner, der udsendes af solen, udøver et svagt tryk - i størrelsesordenen 10 -5  Pa rundt om jorden - men fortsætter med de genstande, de støder på. Den udøvede kraft er proportional med den eksponerede overflade (forekomsten og den reflekterende karakter af den eksponerede overflade påvirker denne kraft).

Typer af kredsløb af kunstige jordsatellitter

Banerne på jordbaserede satellitter kan have mange former og retninger: nogle er cirkulære eller tværtimod i form af en meget langstrakt ellipse. De kan placeres i lav højde lige over jordens atmosfære (250  km ) eller overstige 30.000  km . En kunstig satellits bane er valgt for bedst at imødekomme missionens behov. De fleste satellitter bruger en af ​​følgende fire typer kredsløb:

  • den geostationære (eller Clarke) bane er en cirkulær bane placeret i ækvatorplanet i en højde af 35.786  km fra jorden (kredsløbets radius er derfor 42.164  km ). I denne højde svarer satellitens omdrejningstid nøjagtigt til Jordens rotationsperiode, dvs. 23 timer, 56 minutter og 4 sekunder. Set fra jorden virker en geostationær satellit stationær på himlen: den er den perfekte bane for telekommunikationssatellitter og for visse observationssatellitter (vejr), der skal dække et fast område. Tre geostationære satellitter er tilstrækkelige til hele jordoverfladen. Placeringen af ​​en geostationær satellit kræver på grund af højden en kraftig bærerakett. For telekommunikation skaber afstanden, der krydses af et signal, der passerer gennem denne type satellit, en forsinkelse, der mærkes af en bruger. Telekommunikationssatellitter, der ikke følger denne type kredsløb, kaldes rullesatellitter;
  • den polære bane er en lav cirkulær bane (efter konvention mellem 300 og 1000  km højde), hvis hældning, tæt på 90 °, får den til at passere over eller nær polerne. En satellit placeret i en polar bane passerer regelmæssigt over alle punkter på overfladen takket være jordens rotation. Polære baner er generelt solsynkrone baner  : denne type kredsløb opretholder en konstant vinkel med jorden-solretningen, dvs. kredsløbsplanet roterer 360 ° om året. Solsynkrone baner gør det muligt altid at passere den samme lokale soltid over et givet sted: den identiske belysning af de fotos, der er taget af stedet, gør det muligt at bringe ændringerne frem. Denne egenskab gør den til en ideel bane for jordobservationssatellitter. Rotationen af ​​kredsløbsplanet sker naturligt ved hjælp af kredsløbsforstyrrelser, der genereres af udfladning af den jordiske klode. Midt- / midnatskredsen er et specielt tilfælde af solsynkron kredsløb, hvor den faste soltid for passage er omkring middag eller midnat for ækvatoriale længdegrader. Tusmørkebane er på en lignende måde en solsynkron bane, hvis faste soltid passerer sammen med solopgang eller solnedgang;
  • den lave bane er placeret lige over jordens atmosfære i en højde, hvor luftmotstanden ikke sænker for meget satellitens hastighed (efter konvention ligger den lave bane i en højde på mindre end 2000  km ). En raket har brug for mindre strøm for at placere en satellit i denne type kredsløb. Det bruges af videnskabelige satellitter, der udforsker det dybe rum. Hubble-teleskopet er for eksempel i en bane på 610  km . Amatørradiosatellitter og jordbaseret mobiltelefoni eller konstruktioner med fjernregistrering , såsom A-toget  , findes også i denne type kredsløb ;
  • den medium bane kulminerer generelt i en højde af 20.000  km med en periode på 12 timer. Banen uden for Jordens atmosfære er meget stabil. Signaler sendt af satellitten kan modtages over en stor del af jordens overflade. Dette er den højde, der bruges til navigationssatellitter såsom GPS-systemet. Lidt længere nede, på 8.063  km , er konstellationen af ​​O3b-satellitter planlagt til internetdistribution;
  • den høje bane har en apoge, der er i en højere højde end den geostationære bane. Den Rusland bruger denne type kredsløb for nogle af sine kommunikationssatellitter: den bane Molniya er kendetegnet ved en meget excentrisk bane med en højdepunkt på 40.000  km for en perigee 500  km . Hældningen på 63,4 ° gør det muligt at undslippe baneforstyrrelser som følge af udfladning af kloden. Molnias bane dækker døgnet rundt om russisk territorium med en konstellation af tre satellitter. Denne bane bruges, fordi Rusland ikke kan lancere geostationære satellitter fra sine rumbaser, som alle er placeret på for høje breddegrader, og geostationære satellitter ikke kan dække den brøkdel af russisk territorium, der ligger i en bredde større end 81 °;
  • banerne omkring Lagrange-punkterne udgør en separat kategori. Et Lagrange-punkt er en position i rummet, hvor tyngdefelterne for to himmellegemer kombineres for at tilvejebringe et ligevægtspunkt for en tredje krop med ubetydelig masse, således at de relative legems positioner for de tre kroppe er faste. Earth-Sun-systemet har fem Lagrange-punkter, hvoraf to (L 1 og L 2 ) er placeret i relativt kort afstand fra Jorden (1,5 millioner kilometer). En satellit placeret på et af disse punkter har brug for meget lidt energi for at forblive stationær og kontrollere dens orientering. L2, der ligger overfor solen fra jorden, gør det muligt at observere fjerne stjerner uden at blive forstyrret af omstrejfende lys. Flere rumteleskoper har været eller vil blive placeret i nærheden af ​​L2, herunder Planck og Herschel i 2009, Gaia i 2013 og James-Webb-rumteleskopet i 2021.

Sporet på jorden

Det spor på jorden af en satellit er projektionen på grund af sin bane i henhold til en lodret, som passerer gennem midten af den himmellegeme, hvorom det viser. Dens form bestemmer de dele af overfladen, der er scannet af satellitinstrumenter, og satellitsynligheden på jordstationer.

Tegningen af ​​sporet skyldes både forskydning af satellitten i dens bane og fra jordens rotation. Sidstnævnte forårsager en deformation mod vest for sporet sammenlignet med banen:

  • når banen er cirkulær, er deformationen desto større, da banen er høj. I det særlige tilfælde af en geostationær satellit reduceres sporet til et punkt;
  • en ikke-geostationær satellit, hvis bane er cirkulær og parallel med ækvator (hældning = 0 °) ville have et lige spor, hvis længde afhænger af dens højde;
  • når banen er elliptisk, er sporet især forskudt, hvis satellitten er tæt på sin perigee. Deformationen aftager, når satellitten flyver over høje breddegrader for at blive nul, hvis den flyver over polerne (nul rotationshastighed på jorden på dette sted);
  • banens hældning i bestemmer breddegraderne, mellem hvilke sporene udvikler sig: jo større hældning, jo større er breddegraderne fejet af sporet;
  • en satellit med en direkte bane skærer i stigende grad østlige meridianer, hvis den øst-vest-komponent af dens vinkelhastighed er større end 15 ° 2 '30' og i omvendt tilfælde (retrograd bane) krydser meridianer af mere og mere vestlig;
  • i tilfælde af solsynkron observationssatellitter spiller denne forskydning af sporet en vigtig rolle i optagelsen af ​​billeder, da disse satellitter ofte skal overvåge det samme sted med tætte intervaller. Frekvensen af ​​passage over et punkt på kloden er derfor et kendetegn for satellitens bane. Spot-satellitterne scanner således de samme steder hver femte dag.

Historisk

Forløberne

Den første omtale af et ansigt i den nye kunstige satellit Brick Moon til Edward Everett Hale (1869). Jules Verne fremkalder også denne idé i Les 500 million de la Bégum (1879). I 1903 udgav Constantine Tsiolkovsky (1857–1935) Исследование мировых пространств реактивными приборами (“Rumforskning ved hjælp af jetmotorer”), som var det første videnskabelige arbejde med raketudskydning af rummet. I denne bog angiver han den mindste hastighed, som en genstand skal nå for at den kan placeres i kredsløb omkring jorden ( 8  km / s ) og anbefaler brugen af ​​en flertrins raket med flydende drivmotorer.

I 1928 beskriver den slovenske Herman Potočnik (1892–1929) i sit unikke værk Das Problem der Befahrung des Weltraums (“Problemet med rumfart”) de midler, der skal implementeres for at gøre det muligt for mennesket at slå sig ned permanent i rummet. Den beskriver, hvordan rumfartøjer, der er placeret i kredsløb, kan bruges til fredelige og militære observationer af jordens overflade; det viser vægten af ​​interesse for videnskabelige eksperimenter. Bogen beskriver driften af ​​geostationære satellitter (først nævnt af Tsiolkovsky) og udforsker problemet med kommunikation mellem jorden og satellitter via radio. Men bogen nævner aldrig brugen af ​​satellitter til at videreformidle telekommunikation og som et udsendelsessystem.

I 1945 beskrev science fiction-forfatter Arthur C. Clarke (1917-2008) i detaljer brugen af ​​telekommunikationssatellitter til massekommunikation. Clarke gennemgår de logistiske begrænsninger ved en satellitudskydning, de mulige baner og andre aspekter ved at skabe et netværk af satellitter, der dækker hele kloden, og fremhæver fordelene ved at have et planetarisk telekommunikationssystem. Han foreslår også brugen af ​​tre satellitter i geostationær bane, nok til at dække hele planeten.

De første satellitter

Den første kunstige satellit, Sputnik 1 , blev lanceret af Sovjetunionen den4. oktober 1957og er udgangspunktet for rumløb mellem USSR og USA . Sputnik 2 , lanceret den3. november 1957placerer i kredsløb for første gang et levende væsen, hunden Laïka . De Forenede Stater, hvis rumprogram er bagefter, placerer sin første satellit ( Explorer 1 ) i kredsløb31. januar 1958. IJuni 1961, tre og et halvt år efter Sputnik 1, opdager US Air Force næsten 115 satellitter, der kredser om Jorden. De første satellitter bruges til videnskabelige studier. Variationerne af Sputnik 1 's bane gør det muligt bedre at forstå tætheden af ​​de øvre atmosfæriske lag.

Første satellit sat i kredsløb af en national løfteraket
Land År for
lancering
Første satellit (betydning af navn)
Sovjetunionen 1957 Sputnik 1 (ledsager)
Forenede Stater 1958 Explorer 1 (opdagelsesrejsende)
Frankrig 1965 Asterix (tegneseriefigur)
Japan 1970 Ōsumi (navn på en japansk provins)
Kina 1970 Dong Fang Hong I (rød orient)
UK 1971 Prospero X-3 (Shakespeare-karakter)
Indien 1980 Rohini (karakter fra hinduistisk mytologi )
Israel 1988 Ofeq 1 (horisont)
Ukraine 1992 Strela (pil)
Iran 2009 Omid 1 (håb)
Nordkorea 2012 Kwangmyŏngsŏng 3 nummer 2
Sydkorea 2013 STSAT-2C

Multiplikationen af ​​anvendelsesfelter

Militære observationssatellitter dukkede op i starten af ​​erobringen af ​​rummet: de er de amerikanske satellitter i Corona- serien (første lancering iJuni 1959), der gør det muligt at observere russiske militære installationer, som luftbeskyttelsesbatterier i stigende grad beskytter mod spionfly. Meget kompleks (de taget billeder sendes til Jorden i en kapsel, der skal gendannes under flyvning), det tager ikke mindre end 20 lanceringer, før den første vellykkede flyvning opnås. Den første tidlige advarselssatellit designet til at opdage lanceringen af ​​et strategisk missil er den amerikanske Midas , hvis første vellykkede fly går tilbage tilMaj 1960.

TIROS-1 , lanceret den1 st april 1960, indvier satellitter til meteorologisk observation. Den amerikanske Landsat-1- satellit , lanceret den23. juli 1972, er den første satellit, der er tildelt jordobservation og nærmere bestemt til evaluering af kornafgrøder. GEOS-3-satellitten blev lanceret den9. april 1975, indvier brugen af ​​radar fra rummet. Lanceret den30. maj 1971, er Mariner 9- satellitten den første satellit, der kredser om en anden planet ( Mars ). Den Hubble Space Telescope , der blev lanceret i 1990, er den første observatorium af denne dimension til at blive sat i kredsløb.

Telekommunikationssatellitter, den første kommercielle applikation

I 1960 blev den første Echo- telekommunikationssatellit placeret i lav kredsløb. Det er en passiv satellit, der er tilfreds med at returnere signalerne, i modsætning til Telstar 1 sat i kredsløb 1962, som forstærker dem: for at modtage signalet fra sidstnævnte har du stadig brug for en antenne på flere snesevis af meter. På det tidspunkt mestede kun USA teknologien til at skabe et rumtelekommunikationssystem. Intelsat- organisationen er oprettet for at gøre amerikanske investeringer rentable ved at give sine medlemmer den amerikanske service til gengæld for deres bidrag. Early Bird- satellitten (1965), der blev lanceret på vegne af Intelsat, er den første telekommunikationssatellit, der placeres i en geostationær bane. Evnen af kommunikationssatellitter oprindeligt begrænset til 300 telefoniske kredsløb, vil stige ved at udnytte fremskridt i elektronisk kredsløb for at nå 200.000 i slutningen af det XX th  århundrede.

De Symphonie satellitter (1974-1975), frugten af fransk-tyske samarbejde , var de første kommunikationssatellitter, der skal produceres i Europa. Flere innovationer blev introduceret: tre-akset stabilisering i geostationær bane og brugen af ​​et Biergol fremdrivningssystem til den geosynkrone cirkulariseringsmanøvre og stationsopbevaring.

Internationale operatører ( Inmarsat tildelt maritim kommunikation, Intersputnik for østlige lande), regionale ( Eutelsat , europæisk operatør, Arabsat osv.), Nationale og private ( Astra ) blev oprettet i årene 1970-1980 for at samle de nødvendige ressourcer til etableringen af dedikerede satellitnetværk, mens Intelsat giver verdensomspændende dækning. Rusland, handicappet både på grund af dets lanceringsbaser og en stor del af landet, vedtager ikke systemet med geostationære satellitter, der er blevet bredt udbredt, men opretter et system baseret på satellitter i stærkt elliptisk medium bane. I årene 1990-2000 steg rentabiliteten af ​​aktiviteten, som diversificerede (direkte tv, internet, messaging), kraftigt: Som et resultat blev internationale (Intelsat) og regionale (Eutelsat) organisationer gradvis privatiseret, mens de private operatører formere sig. Aktiviteten er en af ​​de sektorer, der er mest berørt af internetboblen i slutningen af ​​1990'erne: Flere operatører opretter konstellationsprojekter (fra 10 til 70 satellitter ) i lav bane ( Iridium , Globalstar osv.) For at starte blandt andet satellit telefoni. Men rentabilitet er ikke der, og projekterne stoppes, eller deres mål revideres nedad. Tre fjerdedele af indkomsten kommer i dag fra satellit-tv, der blomstrer på alle kontinenter.

Anvendelsesområder

Satellitter er af to typer. De mest talrige applikationssatellitter bruges til at understøtte telekommunikation over store områder og observere Jorden (observation, geo-positionering, teledetektion, militær rekognoscering). Deres service må ikke afbrydes, de kræver afskedigelser i kredsløb og udskiftning af nye generationer. På den anden side har videnskabelige satellitter en meget bred vifte af missioner, der spænder fra studiet af rummiljøet til det dybe rum med rumteleskoper .

Fordelene ved satellit

Meget af det elektromagnetiske spektrum filtreres af jordens atmosfære og når ikke jorden; kun teleskoper monteret på satellitter gør det muligt at studere gamma- og røntgenstråler, der er rige på kosmologisk information, men som absorberes fuldstændigt af ionosfæren . Noget ultraviolet stråling opfanges af ozon, mens infrarød stråling absorberes af vanddamp og kuldioxid i atmosfæren. Inden for synlig stråling er rumteleskopet fri for atmosfæriske forstyrrelser og lysforurening, som terrestriske teleskoper konfronteres med.

Satellitten er i en ideel position til at observere Jorden. Placeret på en passende bane har den et observationsfelt, der kan omfavne en hel jordisk halvkugle; det kan også med nyere instrumenter gå ned til en opløsning på et par decimeter. Det er i stand til med jævne mellemrum at fotografere et område på jordoverfladen med metronomregelmæssighed på samme soltid, hvilket gør det muligt hurtigt at fremhæve de ændringer, der er sket.

Inden for telekommunikation kan en enkelt satellit videresende mellem stationer spredt over et helt kontinent eller transmittere fra sin enkelt antenne-tv eller radioudsendelse til alle individuelle modtagere i flere lande: den erstatter en meget dyr tung jordbaseret infrastruktur. Og modtagelig for at være hurtig ramt af teknisk forældelse. Den økonomiske fiasko ved satellittelefoni , overvundet af GSM 's fremskridt , viser, at denne fordel ikke altid er afgørende.

Endelig er en satellit den bedste måde at studere forholdene i rummet: partikelstrøm, elektriske og magnetiske felter.

Videnskabelige satellitter

Videnskabelige satellitter er de satellitter, der bruges til videnskabelige studier fra rummet . Vi finder i denne kategori de første satellitter som Sputnik 1, hvis radioemissioner gjorde det muligt at studere de øvre atmosfæriske lag. De første mursten i rummet blev lagt på anmodning af forskerne, der er oprindelsen til de europæiske organisationer i ELDO og ESRO .

Studiet af Jorden og nær rummet

Denne kategori indeholder satellitter, hvis missioner vedrører geodesi ( havniveau ved TOPEX / Poseidon ), geodynamik (undersøgelse af pladetektonik ), modellering af biosfærens funktion (hvilket er blevet et vigtigt spørgsmål inden for rammerne af teorien om global opvarmning ).

Grundlæggende fysikforskning

Rummet er også et ideelt sted at verificere bestemte fysiske teorier, hvor tyngdekraften er involveret. Vi kan citere verifikationen af ækvivalensprincippet ved satellitterne Mikroskop og STEP eller søgen efter tyngdebølger af ( Lisa ).

Astronomiske satellitter

De astronomiske satellitter , der er teleskoper i kredsløb, kan observere det dybe rum med en opløsning, der overstiger den for de mest magtfulde jordbaserede observatorier ( Hubble ). Hele det elektromagnetiske spektrum undersøges i dag af rumteleskoper: X-stråling ( XMM-Newton ), gamma ( INTEGRAL ), infrarød ( ISO-teleskop ). I slutningen af ​​2000'erne var frugtbar i nye instrumenter (for Europa Herschel , Planck ). Fraværet af en atmosfære tillader påvisning af exoplaneter placeret i ydre stjernesystemer ( CoRoT ).

Telekommunikationssatellitter

Telekommunikationssatellitter bruges til at overføre information fra et punkt til et andet på Jorden, herunder telefonkommunikation, datatransmission (f.eks. Thuraya ), satellitkommunikation og tv-programmer. Det er det eneste område, der genererer indtægter, der er meget højere end udgifterne. Kunderne er private virksomheder eller tidligere privatiserede internationale organisationer, der generelt har en flåde af satellitter i kredsløb. Domænet er den største bruger af den geostationære bane.

De vigtigste flåder af telekommunikationssatellitter er:

Såkaldte direkte udsendelsessatellitter har været stigende i løbet af de sidste ti år: de udsender bundter af betalings- og krypterede kanaler samt hundredvis af ukrypterede og gratis tv- og radiokanaler, som kan modtages på en antenne , såsom en satellit skålen. , indenlandske lille størrelse (<60  cm ) og billig, takket være den høje transmissionseffekt for broadcast satellitter.

Observationssatellitter

Telemåling satellitter observerer Jorden, for videnskabelig (havtemperatur, snedække, tørke, etc.), økonomiske (naturressourcer, landbrug, etc.) eller militær (stor rolle i moderne krige) formål, de er mere almindeligt omtalt som navn af spion-satellitter). Observationsspektret er stort: ​​optisk, radar, infrarød, ultraviolet, lytte til radiosignaler. Opløsningen er i øjeblikket mindre end en meter for nogle frekvensområder. Dette afhænger af den anvendte teknologi, men også af satellitens højde: god opløsning kræver en lav bane, generelt solsynkron, f.eks. Brugt af jordobservationssatellitterne i SPOT- familien . Den faste geostationære bane foretrækkes til permanent realtidsovervågning, som i tilfældet med verdens vejrovervågningsprogram og dets familier af meteorologiske satellitter , herunder den europæiske METEOSAT .

Radar satellitter kan analysere, ved interferometriske teknikker , variationer af nogle få millimeter i visse strukturer. De er nyttige til at undersøge bevægelser af kontinentale plader, især før eller efter et jordskælv , eller variationer i havisens tykkelse.

Positionerings- og navigationssatellitter

Disse satellitter gør det muligt at kende objekternes position på jordens overflade, i luften (fly, missiler) og i rummet. Eksempler: DORIS , det amerikanske GPS- system , det fremtidige europæiske Galileo- system, det russiske GLONASS-system eller det kinesiske COMPASS .

Også i denne kategori er Argos mobile objektpositioneringssystem, der stammer fra 1978 og bæres af amerikanske meteorologiske satellitter og den europæiske MetOp .

Militære satellitter

Militærets behov er oprindelsen til de første observationssatellitter: Allerede i 1959 udviklede USA og USSR i forbindelse med den kolde krig militære observationssatellitter, der almindeligvis kaldes og forkert "  spioneringssatellitter  " ( den første af disse var Discoverer-serien). De gjorde det muligt at observere fjendens militære ressourcer i utilgængelige områder. I dag bruger moderne konflikter den udstrakt og kunne bestemt ikke undvære den ved hjælp af forskellige typer militære satellitter:

  • de spionsatellit (f.eks Helios ), som bruger optiske, infrarøde, radarbilleder til strategiske installationer (militære installationer, slagmarken ...). Disse satellitter, undertiden udstyret med enestående kapacitet (opløsning på et par centimeter, evne til at sænke ned i lav højde, masse på mere end ti tons) har bidraget til at være banebrydende for de teknikker, der anvendes i dag af civile observationssatellitter;
  • De telekommunikationssatellitter, der bruges til militære krypterede forbindelser (f.eks. Satellitprogram Syracuse );
  • de lyttende satellitter til telekommunikation og radar signaler implementerer antenner med en diameter kunne nå mere end 100 meter (Mentor amerikanske satellitter);
  • satellitter til overvågning af havflåde ( RORSAT ), der lokaliserer krigsskibe ved hjælp af radaremissioner
  • den satellit tidlig advarsel udstyret med infrarøde sensorer (serie af US satellitter DSP) til at detektere varme udsendt af lancering af et ballistisk missil  ;
  • de navigationssatellitter, der anvendes i militære operationer (GPS-konstellation med civilt / militært fælles brug) til præcis styring af krydsermissiler , skaller og positionering af enheder af alle typer
  • de vejrsatellitter tildelt militære missioner.

Undersøgelsen af ​​andre himmellegemer i solsystemet

De mest avancerede rumagenturer blev lanceret tidligt i rumalderen for at udforske solsystemet ved hjælp af videnskabelige instrumenter. Til at begynde med var disse rumsonder kun i stand til en simpel flyvning over de undersøgte planeter, fordi kredsløb omkring en fjern himmellegeme kræver navigation med stor præcision og en mere eller mindre vigtig masse af drivmidler . Fremskridt inden for rumteknologi og den stigende styrke af bæreraketter har gjort det muligt at placere nogle af disse enheder i kredsløb omkring Månen og nærliggende planeter ( Mars , Venus ), derefter fjernere himmellegemer ( Jupiter , Saturn , Vesta , Ceres ) eller vanskeligt at få adgang til, såsom kviksølv dybt indlejret i solens tyngdekraftsbrønd eller kometer og asteroider med uregelmæssige tyngdekraftsfelter. Ved at placere sig i en for det meste polær bane kan rumsonde gennemføre en langvarig undersøgelse af hele himmellegemet. Denne forskning kan efterfølges af en mission om at droppe en landingsudstyrstype (statisk) eller rover (mobil) på overfladen af ​​himmellegemet til en in situ- undersøgelse .

En satellits identitetskort

En satellit består af to underenheder:

  • den nyttelast , som omfatter de instrumenter, nødvendigt for at opfylde missionen: antenner og forstærkere til et telekommunikations- satellit, optisk instrument til jordobservation mv ;
  • platformen eller servicemodulet , der understøtter nyttelasten, og som forsyner den med de ressourcer, den har brug for til driften (elektricitet osv.), holder satellitten i sin bane i henhold til den ønskede retning og sikrer forbindelsen til landstationer.

En satellits vigtigste kendetegn er dens nyttelast, masse, levetid, kredsløb og platform.

Nyttelast

Den nyttelast er den delmængde af satellit, som skal udføre sin mission. Det varierer afhængigt af satellittypen og inkluderer især:

  • transpondere til en telekommunikationssatellit;
  • kamera eller radar til en observationssatellit;
  • teleskop til en astronomisk observationssatellit.

Masse

Massen af ​​en satellit er en af ​​de vigtigste omkostningsfaktorer: at lancere et kilogram i lave kredsløb koster mellem 10.000 og 30.000 amerikanske dollars pr. Kg afhængigt af den anvendte bærerakett (2004). Men inden for telekommunikation har en tung satellit større kapacitet - antal samtidige kommunikationer til en telekommunikationssatellit, antal indbyggede instrumenter til en videnskabelig satellit - og en forlænget levetid takket være transport af mere brændstof. De mest massive satellitter er satellitter til fjernmåling i lav kredsløb, som kan nå 20 ton  : militære ( KH-11 , 19,6 tons ) eller civile ( ENVISAT , 8 ton ) rekognosationssatellitter .

Den maksimale masse af satellitter (især for den geostationære bane) var i lang tid begrænset af løfteraketternes kapacitet, og den steg gradvist til telekommunikationsbehov indtil 1990'erne.

Afhængigt af typen af ​​mission kan fordelingen af ​​masse være meget forskellig.

Eksempler på masseventilation af to satellitter
Spot 4 observationssatellit
Geostationær satellitlevetid
15 år
Platform 1.100  kg 1.620  kg
Nyttelast 1.060  kg 660  kg
Total tør masse 2160  kg 2.280  kg
Ergols 160  kg 2.780  kg
Masse ved lanceringen 2320  kg 5.060  kg

Miniaturiseringen af ​​elektronik gør det nu muligt at designe komplette satellitter udstyret med avancerede funktioner, der vejer et par snesevis af kg. Blandt lyssatellitterne skelner vi:

  • minisatellitter (eller minisat), der vejer nogle få hundrede kg, såsom Proteus- sektoren  ;
  • mikrosatellitter (eller mikrosat) fra 10 til 100  kg . De bruges hovedsageligt til videnskabelige missioner eller observationsmissioner ( PARASOL ) eller til validering af tekniske løsninger ( SMART-1 ). I form af en konstellation kan de udføre en mission, der normalt tildeles en satellit i fuld størrelse ( Swarm ). En kommerciel operatør af messaging- og lokaliseringstjenester ( Orbcomm ) brugte en konstellation af 40 kg satellitter  med blandet succes på grund af satelliternes begrænsede kapacitet;
  • nanosatellitter, der vejer et par kg, hovedsageligt brugt som teknologiske demonstranter eller til begrænsede videnskabelige eksperimenter. Dette format er meget populært blandt universiteter.

Livstid

Levetiden for en satellit er knyttet til typen af ​​mission. En nylig telekommunikationssatellit (for eksempel Hotbird 10 sat i kredsløb i begyndelsen af ​​2009) er bygget til at fungere i cirka femten år, mens en observationssatellit, ligesom de i Spot-serien, er bygget til en levetid på 5 år. Slutningen af ​​en satellits levetid er ofte knyttet til udmattelsen af ​​drivmidlerne, der gør det muligt for den at bevare sin bane på en nominel bane og orientere dens instrumenter. Andet sårbart udstyr er batterier, som ved visse typer opgaver kan tømmes ved gentagne opladnings- / afladningscyklusser og elektronik. Betjeningen af ​​visse videnskabelige satellitter (infrarødt teleskop osv.) Bruger flydende helium om bord til afkøling, der, når det er opbrugt, stopper instrumentet.

Fejl kan også være årsagen til en helt eller delvis nedlukning af driften af ​​en satellit. En undersøgelse udført på geostationære satellitter i perioden 1965-1990 identificerer den samlede fiasko af 13 geostationære satellitter og 355 delvise fejl. Disse fejl påvirker nyttelasten i 39% af tilfældene , 20% orienterings- og kredsløbskontrolsystemet, 9,6% fremdrift, 9,3% strømforsyningen og 9,2% af komponenterne. Disse fejl skyldes designet (25%), miljøet (22%) eller endda komponenterne (16%).

Platformen

Den platform ( bus på engelsk), eller service-modul samler alle de satellitbaserede komponenter, der gør det muligt at betjene. Platformens relativt uændrede sammensætning giver de største satellitproducenter mulighed for at tilbyde standardmodeller svarende til de hyppigste missioner:

Hovedplatforme bygget i serie
Bygger Navn Nyttelastmasse Samlet masse Elektrisk strøm Banetype Livstid Særlige træk / bemærkninger
Boeing Boeing 601 48 eller 60
transpondere
2,5−4,5  t 4,8  kW
10  kW (HK)
geostationær /
gennemsnit
Ion motor (option)
Boeing Boeing 702 4,5-6,5  t 7-18  kW geostationær 7 år Ionisk motor
Astrium Eurostar E2000 + 550  kg 3,4  t 4−7  kW geostationær 12 år
Astrium Eurostar E3000 1000  kg 4,8–6,4  t > 16  kW (CU fra 4 til 14  kW ) geostationær 15 år gammel Elektrisk fremdrift (option)
OHB Lille Geo 300  kg 3  kW geostationær 15 år gammel Elektrisk fremdrift
Thales Alenia Space (TAS) Spacebus 3000 2,5–5,2  t geostationær 15 år gammel
Thales Alenia Space Spacebus 4000 4,0-5,9  t op til 15,8  kW
(CU op til 11,6  kW )
geostationær 15 år gammel
Astrium & TAS Alphabus 1.300  kg 6,5  t CU fra 13 til 18  kW geostationær 15 år gammel Elektrisk fremdrift
Astrium AstroSat-1000 900  kg 1,4  kW lav 7 år Plejader
CNES / TAS Proteus 500  kg 0,5  kW lav 5 år Jason , CALIPSO , SMOS
CNES / Astrium-TAS Utallige 80  kg 0,06  kW lav 2 år SPIRALFORMET

En platform har flere underenheder:

  • satellitens struktur
  • energiproduktionssystemet
  • det termiske kontrolsystem
  • holdnings- og kredsløbskontrolsystemet (SCAO)
  • styring af den indbyggede, der styrer satellitens drift
  • fremdrivningssystemet.
Et fjendtligt rummiljø

Udformningen af ​​satellitter skal tage hensyn til rummiljøets dybt fjendtlige karakter. Satellitterne krydser i næsten næsten vakuum ( 10-9 Pa ). Ved dette tryk har overfladeatomer af faste stoffer tendens til at sublimere, og mekanismerne blokeres. Der skal anvendes smøremidler, der er udviklet til at fungere i et vakuum. I et vakuum kan termisk energi, produceret i overflod af satellittenes elektronik, kun evakueres ved stråling. Solstråler og kosmiske stråler genererer fejl i databehandlingen af ​​satellitens elektronik. Hvis satellitens bane får den til at passere gennem Van Allen-bælterne (tilfældet med geostationære satellitter eller i mellemstore og høje kredsløb), kan dette føre til nedbrydning af elektroniske komponenter, materialer og optiske instrumenter. Partikelplasma skaber en risiko for elektrostatisk afladning, der forårsager svigt. Solstråling nedbryder gradvist silicium i solpaneler ved at reducere deres effektivitet.

Satellitens struktur

Satellitens mekaniske styrke sikres ved dens struktur. Dette understøtter satellitens vigtigste funktionelle underenheder. Det giver også den mekaniske grænseflade med launcheren.

Strukturen er dimensioneret til at klare de mekaniske spændinger, der gennemgår under motorflyvning. Lanceringen af ​​bæreraketten genererer betydelige vibrationer, der hovedsagelig kommer fra motorer og turbopumper, der transmitteres af raketkroppen til satellitten, og som ligger i frekvensbånd mellem 0 og 2000  hertz . Ved start nåede støjen op på 150 decibel under kappen, der huser satellitten. Sidstnævnte gennemgår også accelerationer og decelerationer, som kan være særlig stærke under adskillelsen af ​​etaperne, når kappen frigøres, og på tidspunktet for adskillelsen af ​​bæreraketten og satellitten på grund af brugen af ​​pyrotekniske afgifter. Bortset fra disse lejlighedsvise chok finder den stærkeste acceleration generelt sted i den sidste fase af motorflyvning (op til 4 eller 5  g ). Strukturen skal være designet til at modstå alle disse anstrengelser, mens den forbliver lys.

Strukturen skal være konstrueret på en sådan måde, at den begrænser deformationerne som følge af de store temperaturforskelle mellem de forskellige dele af satellitten, når den først er anbragt i kredsløb: sensorens, antennernes og instrumenternes synsakser skal forblive praktisk talt uforanderlige, så at satellitten kan udføre sin mission nominelt. Dette krav er især vigtigt for rumteleskoper (relativ spejlposition). For at tilfredsstille denne begrænsning er strukturen lavet med materialer med en lav ekspansionskoefficient, såsom carbonkompositter.

Energiproduktion

Satellitten skal have elektrisk strøm til drift af nyttelasten og platformen. Kravene til elektrisk strøm varierer afhængigt af størrelsen på satellitterne og applikationstypen. De mest krævende er telekommunikationssatellitter, som bruger meget energi ved at forstærke de modtagne signaler. Observationssatellitter, der bruger radar, kræver også meget energi, men uregelmæssigt. Satellitter, der bruger passive observationsinstrumenter (rumteleskoper osv.), Er mindst krævende, og den krævede effekt er mellem 1 og 15  kW (i 2009), en relativt lav værdi takket være brugen af ​​sofistikeret elektronik med lav effekt.

Elektricitet leveres normalt af solpaneler, der bruger solenergi. For en satellit, der kredser om jorden, tager det i gennemsnit 40  m 2 solpaneler at levere 10  kW (det samlede span kan nå 40 meter ). Satellitens orientering i forhold til solen er på grund af dens bane konstant ændret: solpaneler skal derfor omorienteres permanent, så solens stråler rammer dem vinkelret. Når satellitten er i geostationær eller solsynkron bane, behøver panelerne kun være i stand til at rotere på en enkelt akse, men der kræves to frihedsgrader for de andre jordbaner.

Satellitten, der kredser om Jorden, kan være på vej i Jordens skyggekegle. Det sjældne fænomen for geostationære satellitter (to gange om året ved jævndøgn ) repræsenterer en tredjedel af rejsetiden for en solsynkron satellit. I perioder med mørke trækker satellitten sin energi fra batterier, der leveres i den oplyste fase. Hyppig afladning af batterier fra satellitter i lav kredsløb begrænser deres levetid og udgør en af ​​hovedbegrænsningerne for denne satellittypes levetid (normalt mindre end 5 år).

For satellitter, der kredser om en planet langt fra solen, bliver brugen af solceller umulig. Elektricitet produceret af nukleare generatorer, såsom radioisotop termoelektriske generatorer (RTG) , anvendes generelt . Dette er tilfældet med Cassini-rumsonde , som er blevet en kunstig satellit af planeten Saturn , den1 st juli 2004, hvor elen leveres af tre RTG'er til at producere mindst 628  W efter 11 års mission.

Det termiske kontrolsystem

Det termiske kontrolsystem skal holde temperaturen på satellitkomponenterne inden for et område af værdier, der ofte er tæt på det, der findes på jorden (ca. 20  ° C ). Satellitten udsættes for stærke termiske spændinger med temperaturforskelle, som kan nå 200  ° C mellem ansigtet oplyst af solen og ansigterne vendt mod rummet. Indbygget udstyr og instrumenter konverterer den elektriske energi, de bruger til termisk energi, der skal evakueres. Et vakuum kan imidlertid ikke sprede denne energi ved konvektion af luften, og energien skal derfor evakueres ved stråling, en mindre effektiv køleproces.

Normalt er satellitten pakket i flere isolerende lag af kapton eller mylar på en aluminiumsunderlag, der skifter med materialer som silke , nomex eller dacron . Dette tæppe reflekterer infrarød stråling og har lav varmeledningsevne . Det udstyr, der producerer mest varme, installeres så vidt muligt på radiatorer, der vender udad, og som spreder varmen takket være deres høje emissivitet i det infrarøde. Varmen, der produceres af udstyret inde i satellitten, evakueres af varmerør til radiatorer monteret på satellitens ydervægge. Antenner og solpaneler er termisk beskyttet ved brug af isoleringsmaterialer og maling.

Når instrumenterne og udstyret ikke fungerer, gør varmemodstande det muligt at opretholde temperaturen inden for de foreskrevne områder. Det kan være nødvendigt at holde visse instrumenter ved en meget lav temperatur: for eksempel skal bolometre om bord på Planck- rumteleskopet holdes ved en temperatur på 0,1 kelvin .

Edge management

Den indbyggede ledelse styrer driften af ​​satellitten. Det samler følgende delsystemer:

  • telemetri, fjernbetjening;
  • satellitovervågning og kontrol;
  • databehandling.

Fjernstyrings- og telemetri-systemet sørger for dialogen med jorden. Fjernbetjeningsfunktionerne (jord-satellit) modtager og afkoder instruktionerne eller dataene, der sendes af kontrolcentret, og sikrer, at de distribueres til de andre delsystemer. Telemetrifunktionerne (satellit-jord) indsamler satellitdata vedrørende satellitens drift, dataene fra instrumenterne og sender dem efter komprimering til kontrolcentret, når stationerne er synlige.

Flyvekontrolsystemet opretholder satellitens bane og retning. Dette system er baseret på software, der bruger data fra forskellige typer sensorer til at bestemme afvigelser og foretager korrektioner ved hjælp af aktuatorer (orientering) og generelt kemiske motorer (bane). Blandt de andre funktioner, der understøttes af den indbyggede ledelse:

  • overvågning af satellitdrift, afsløring af mulige fejl, udførelse af diagnostik og aktivering af løsninger
  • verifikation af overholdelse af termiske begrænsninger
  • tidssynkroniseringen af ​​de forskellige delsystemer
  • udløsningen af ​​planlagte opgaver på nyttelastniveauet (målrettet billedoptagelse osv.).

Nogle af disse funktioner kan udføres enten fra jordstationer eller overdrages til satellitautomatisering.

De data, der indsamles af instrumenterne, lagres i masseminder, mens de afventer deres overførsel til stationerne, når de flyver over en modtagerantenne. Intern satellitkommunikation udføres via en bus. Den transmitterede datastrøm skal beskyttes mod fejl, der kan være forårsaget af ladede partikler, der bombarderer satellitten.

Fremdrivningssystemet Karakteristika for de vigtigste fremdrivningssystemer
Teknologi
Specifik impuls (er)
Thrust
(newton)
Arbejdsområde
Kold gas 50-170 0,05-20 Bane og holdningskontrol
Fast drivmiddel 280-310 50-50000 Overfør manøvre
Væske
Overophedet hydrazin 280-300 0,05-0,5 Bane og holdningskontrol
Diergols 280-315 5-500 Overfør manøvre,
kredsløb og holdningskontrol
Elektrisk
Elektrotermisk 450-600 0,1-0,2
Elektrostatisk 2500-3000 0,02 Bane og holdningskontrol
Plasma 1200-2500 0,01-0,1 Bane og holdningskontrol

Satellitfremdrivningssystemet udfører flere missioner:

  • den overfører satellitten fra dens injektionsbane til dens endelige bane;
  • i tilfælde af en satellit, der sendes mod en anden planet end Jorden, kan fremdrivningssystemet også give injektion på en interplanetær bane.

Når satellitten er stationeret:

  • det korrigerer ændringerne af kredsløbet induceret af naturlige forstyrrelser (atmosfærisk træk, uregelmæssigheder inden for tyngdekraften osv.);
  • det korrigerer satellitens holdning (orientering), hvis den ikke opretholdes af en anden enhed;
  • det tillader baneforandringer planlagt som en del af visse videnskabelige satellits mission.

I betragtning af mangfoldigheden af ​​de roller, der fremføres ved fremdrift, er der ofte to typer raketmotorer på en satellit: den ene, mere kraftfuld, tager sig af de vigtigste manøvrer, den anden mere præcis, men af ​​lavere tryk. Griber ind for fine korrektioner. Desuden inkluderer telekommunikationssatellitter generelt en apogee-motor, hvis eneste rolle er at give en hastighed på 1.500  m / s til at cirkulere kredsløbet i en højde af 36.000  km under stationeringen.

Fremdrivningssystemets masse (drivmidler, thrustere, tanke osv.) Varierer meget afhængigt af satellittypen. I en geostationær telekommunikationssatellit med en levetid på 15 år kan drivmidlets vægt (uden selve fremdrivningssystemet) repræsentere mere end 50% af satellitens masse, mens de samme drivmidler på en observationssatellit som Spot 4 repræsenterer ca. 7 % af massen.

De nødvendige stød varierer fra et par millinewtons (korrigerende handlinger) til nogle få hundrede newtons (For ordens skyld tillader 1 N at en acceleration på 1 m / s 2 kan kommunikeres til en masse på 1  kg ), hvis overførslen til den endelige bane er taget. understøttet af satellit. Der findes fire typer fremdrift, der er karakteriseret ved specifikke impulser (den specifikke impuls måler effektiviteten af ​​en raketmotor: den giver i sekunder den tid, hvorunder et kilo drivmiddel producerer et tryk på en kilo-kraft) og markant forskellige tryk. Alle disse teknologier er baseret på materialehastighed med høj hastighed:

  • den faste fremdrift giver vigtige udbrud. Dens anvendelse inden for svage stød er under undersøgelse. Denne type motor kan ikke genstartes. Det bruges udelukkende til injektion i den sidste bane;
  • den fremdrift til flydende drivmiddel  : forbrænding af en eller to drivmidler (diergols) frembringer gasser, der udstødes ved høj hastighed. Det opnåede tryk kan være svagt eller relativt stærkt og dække alle behov;
  • den kolde gaspropel  : en gas (normalt kvælstof ), der er lagret i højtryksbeholdere, udvides og udstødes med et tryk på op til et par titalls Newton;
  • den elektriske fremdrift bruger elektrisk energi, der normalt leveres af solpaneler. Drivkraften og impulsen er svag med værdier, der afhænger af den anvendte teknologi (elektrotermisk, elektrostatisk, plasma). Denne teknologi er i fuld udvikling, fordi den tillader vægtforøgelser takket være dens bedre effektivitet.
Orienteringskontrol

For at kunne fungere korrekt skal satellitinstrumenterne peges konstant med god præcision: telekommunikationssatellitterne skal rette deres sendeantenne mod en meget præcis del af den jordbaserede jord, mens observationssatelliternes kameraer skal indramme områderne til fotograferes i deres instruktioner: for instrumenterne til en observationssatellit i Spot-serien, der skal peges med en nøjagtighed på mindre end 1  km og under hensyntagen til dens højde, mellem 500 og 1.000  km , skal satellitorienteringsfejlen være mindre over 0,1 °. Derudover skal satellitens vinkelhastighed være mindre end 0,005 ° / s for at undgå forvrængning af det opnåede billede  .

Satellitten udsættes imidlertid for drejningsmomenter, der ændrer dens orientering: naturlige fænomener (solstrålingstryk, aerodynamisk tryk, drejningsmomenter skabt af magnetfeltet eller jordbundens tyngdefelt osv.) Eller som følge af forskydninger af satellitens mekanismer (instrument peger). For at imødegå ændringer i orientering (eller holdning) er der flere metoder:

  • ved tyngdekraftsgradient  : en masse er forbundet med satellitten via en mast; aksen, der passerer gennem masten, er justeret med satellitcentret i jordretningen. Bevægelser omkring denne akse dæmpes under indflydelse af tyngdekraften. Dette passive system blev brugt af de første satellitter, men det overses i dag af de fleste af dem, fordi præcisionen i orienteringen kun er et par grader;
  • ved at dreje satellitten omkring den akse, der bærer instrumenterne (satellitten siges at være spundet). Inertimomentet skabte begrænser ændringer i orientering. Dette system bruges stadig især af Meteosat-satellitter;
  • de tidligere systemer gør det kun muligt at stabilisere orienteringen på to akser. 3-akset stabilisering er den mest anvendte stabiliseringsmetode i dag. Der er flere metoder. Den, der er baseret på et kinetisk hjul, bruges af geostationære satellitter. Det mest almindelige system bruger tre reaktionshjul arrangeret langs satellitens 3 akser og sat i bevægelse takket være den elektriske energi, der leveres af solpanelerne. Ved at øge eller formindske hjulets hastighed forårsager det en rotationsbevægelse i den modsatte retning af satellitten, hvilket gør det muligt at rette enhver retningsfejl. Hvis korrektionerne altid foretages i samme retning, har hjulene en tendens til at stige. Det er derefter nødvendigt at "desaturere" (dvs. sænke hastigheden) svinghjulets hastighed, hvilket kan gøres ved hjælp af magnetiske bjælker eller ved hjælp af satellitens små thrustere. En endelig metode består i at bruge sidstnævnte, men det forbrugte brændstof for at holde satellitten i sin position forkorter dens levetid. Denne løsning kommer også, når den korrektion, der skal foretages, er vigtig, for eksempel efter en ændring eller en korrektion af kredsløb.
  • solstrålingstryk bruges ofte til at begrænse orienteringsændringer på telekommunikationssatellitter.

Disse manøvrer udløses, når der registreres ændringer i retning, der er større end værdier, der er indstillet af kontrolcentret. Satellitens orientering bestemmes ved at opsummere alle vinkelforskydninger målt ved gyrometre placeret på de tre akser siden den sidste korrekte orientering blev registreret. Gyrometre og accelerometre akkumulerer fejl over tid (drift), og det er nødvendigt at genberegne (afhængigt af tilfældet hvert par hundrede sekunder, en gang pr. Bane) satellitens position og retning. Denne beregning udføres ved hjælp af data leveret af sensorer, der bruger som et benchmark, afhængigt af satellitten, jordens centrum, solen eller de lyseste stjerner.

En satellits livscyklus

Fra mission definition til kvalifikationstest

Satellitten produceres efter anmodning fra en kunde. Som ofte i et større projekt delegerer det til en klient, der har specialiseret sine opgaver i designfasen, implementeringen og kvalifikationen af ​​satellitten. Implementeringen understøttes af en projektleder, der vil koordinere arbejdet i industrien og deltagende laboratorier; deres antal kan være særlig vigtigt, når det kommer til en videnskabelig satellit, der er udviklet i samarbejde af flere lande (60 producenter fra 14 lande til jordobservationssatellitten ERS1 ).

Udviklingen af ​​en satellit, især når dens mission er videnskabelig, kan være et langsigtet projekt. Således starter starten på designet af de to europæiske sonder BepiColombo , der skal placeres i kredsløb omkring Merkur i 2020, tilbage til 2004 med en planlagt lancering i 2014. Der er ikke desto mindre en tendens til at forkorte udviklingsfaserne, især for kommercielle satellitter, der bruger standardkomponenter.

Specifikationerne

Definition af missionen er det første skridt i design af en satellit. Missionskravene er defineret af kunden: karakteristika for nyttelast , levetid, tilgængelighed / pålidelighed, hastighed på forbindelser til jorden eller endda kompatibilitet med eksisterende systemer. Begrænsningerne, hvori projektet skal falde, er også specificeret: omkostninger, afslutningstider, kapaciteten af ​​løfteraket, hvis det er valgt på forhånd (tilladt masse, størrelse, serviceniveau i kredsløb) osv.

Specifikationsfasen inkluderer flere trin kodificeret i den europæiske standard ECSS til design af rumfartøjer: gennemførlighedsundersøgelsen, der udforsker begreberne og forfiner behovet, den foreløbige definition, der fastgør arkitekturen og endelig den detaljerede definition, der specificerer metoden. Kvalifikation og produceret de detaljerede specifikationer for at starte fremstillingen af ​​flymodellen. Specifikationerne skal ikke kun vedrøre satellitens karakteristika, men også dem, der er nødvendige for jordudstyret, der er nødvendigt for at sikre opfølgningen af ​​satellitten i stationen og for at indsamle dataene samt launcherens karakteristika, hvis dette ikke er pålagt. Omkostningerne ved jordinstallationer er langt fra ubetydelige: inden for telekommunikationssatellitter blev omkostningerne i 1997 opdelt som følger: satellitter (26%), affyring (21%), jordinstallationer (15%) og tjenester (38%) (kanaludlejning og dataoverførsel).

I tilfælde af en videnskabelig satellit er disse trin ofte forud for en udvælgelse, der sigter mod at vælge blandt flere forslag, det projekt eller de projekter, der bedst opfylder de kriterier og begrænsninger, der er defineret af en udvælgelseskomité: videnskabeligt bidrag, omkostninger, gennemførlighed, risiko ,  etc. Med hensyn til planlægning kommer den største begrænsning generelt fra designen af ​​nyttelasten, især for videnskabelige satellitter. På den anden side forenkles processen, når satellitten er en del af en serie (for eksempel Spot).

Præstationen

Et variabelt antal modeller mere eller mindre tæt på den endelige model fremstilles før den operationelle satellit (MV-flymodel) for at validere specifikationerne: strukturel og termisk model (MSTH), teknik og kvalifikationsmodel (MIQ) ... Modellen mellemliggende, hvis den er en ægte kopi af flymodellen, kan fungere som en erstatningsmodel (MR) i tilfælde af satellitsvigt eller lanceres for at sikre fortsættelsen af ​​missionen i slutningen af ​​flymodelens levetid. På grund af produktionen af ​​mellemmodeller overlapper specifikations- og produktionsfaserne delvist.

Montering, integration og testning (AIT)

Ofte udføres nyttelasten og platformen to forskellige steder. En satellit omfatter derfor en væsentlig teknisk aktivitet: mødet mellem de to moduler ( parring på engelsk), inden for et sæt samling , integration og test (AIT) operationer.

Opbygning af en satellit i en industrispecialist inden for denne disciplin kræver meget komplekse midler, dyre og ofte spektakulære: rene rum store, løftemidler, der respekterer de passende betingelser for renlighed, elektroniske kontrolstativ, der muliggør '' levering af satellitten og simuleringsmuligheder, der er umulige at implementere ( simulering af solen, satellitforstyrrelser, radioelektriske felter osv.).

De specifikke tests vedrører primært:

  • integrationstest (validering af grænseflader );
  • lavfrekvente vibrationer test på en vibrerende pot;
  • modstand mod støj under lanceringen med test i et akustisk rumklangskammer
  • vakuum-termiske tests for at simulere satellitens drift under rumforhold
  • målinger af radiopræstationer i et anekoisk kammer  ;
  • specielle mekaniske tests såsom vægtløshed hos solgeneratorer og antennereflektorer;
  • funktionelle tests beregnet til at verificere, at den testede del opfylder sin mission i alle de tilfælde, der er defineret i specifikationerne, der kræver mekanisk, elektrisk og elektronisk udstyr, der er specifikt for funktionskontrol (MGSE, EGSE) og udvikling af tilhørende software .

Testene er så meget mere grundige, da vedligeholdelse i kredsløb ikke er mulig, både af økonomiske og tekniske grunde. Desuden er en erstatningssatellit meget dyr, og dens lancering er ikke øjeblikkelig. Testene udføres på mellemmodeller og muligvis flymodellen på forskellige niveauer: komponent (f.eks. Teleskop), delsystem (f.eks. Kredsløb og holdningskontrolsystem) og satellit.

Start

Valg af løfteraket

Valget af en løfteraket er normalt foretaget af ejeren af ​​satellitten.

En hel række kommercielle løfteraketter er tilgængelige på markedet med forskellige lanceringskapaciteter og varierende grad af pålidelighed. Da en satellit skal være i stand til at tilpasse sig forskellige bæreraketter, forudsætter kommerciel konkurrenceevne, er standardgrænseflader for satellit / løfteraket defineret. Således er telekommunikationssatellitter, der repræsenterer de største på markedet, generelt kompatible med den europæiske Ariadne , den amerikanske delta , den russiske proton og Soyuz , den kinesiske Long March , den ukrainske Zenith .

Priskrige eksisterer også mellem lanceringsoperatører, hvilket fører til undertiden mærkbare forskelle. F.eks. For udsendelse af satellit (er) til den geostationære overførselsbane kan disse priser variere fra 13 til 18  k € / kg satellit.

Lanceringskampagnen

Satellitlanceringskampagnen inkluderer:

  • klargøring af satellitten og dens installation på løfteraket;
  • lancering og injektion i en ofte midlertidig bane
  • placeringen af ​​satellitten, som kan kræve flere motorbrande for at tillade satellitten at nå sin endelige bane.
Forberedelse af satellitten

Når kvalifikationen af ​​satellitten er afsluttet af producenten, transporteres satellitten til lanceringsstedet for dens installation på bæreraketten. Overførslen finder sted mindst en måned før den planlagte lanceringsdato, så alle forberedelsesopgaver kan udføres:

  • efter udpakning er satellitten installeret i et dedikeret rent rum beskyttet mod enhver biologisk forurening;
  • om nødvendigt samles de sidste komponenter i satellitten elektriske og mekaniske tests (installation af solpaneler osv.) udføres for at sikre, at de forskellige delsystemer fungerer korrekt. De elektriske batterier er installeret eller genopladet;
  • drivmidlerne fylder satellitens ikke-lagringsbare drivtanke op: disse ofte meget giftige brændstoffer kræver meget grundig beskyttelses- og sikkerhedsanordninger;
  • satellitten transporteres derefter til monteringstårnet. Der er den installeret øverst på raketten muligvis med andre satellitter (dobbelt affyring eller mere). Hætten er på plads;
  • kort før lanceringsdatoen transporteres den komplette raket til affyringsrampen
Starten Betingelserne for kredsløb

Den breddegrad af rumbase har en betydelig indvirkning på den bane, der kan nås med en satellit:

  • en satellit kan ikke sendes direkte ind i en bane, der har en hældning, der er mindre end bredden af ​​dens startrumsbase. Således fra Baikonur- basen (breddegrad = 45 °) kan en satellit ikke direkte nå den geostationære bane (hældning = 0 °): det er derfor nødvendigt efter at have kredset om at ændre hældningen af ​​kredsløbets plan med 45 °. Ændringer i kredsplanets hældning er især dyre med hensyn til brændstof, fordi satellitten i kredsløb opfører sig som et roterende gyroskop: det er derfor nødvendigt at give en yderligere hastighed på 3.600  m / s til en satellit for at ændre dens plan af bane på 30 °;
  • når affyringen er øst, giver rotation af jorden ekstra hastighed til bæreraketten og satellitten. Forøgelsen i hastighed afhænger af breddegraden: den er maksimal på niveauet af ækvator ( 465  m / s ) og nul ved polerne.

Af disse to grunde er lanceringsbaserne nær ækvator en fordel: de har et virtuelt monopol på geostationære satellitudsendelser og giver raketterne mere strøm sammenlignet med en affyring fra rumbaser placeret på højere breddegrader. Nordlige (ved oprindelsen af beslutningen om at lancere Soyuz-raketter fra Kourou-rumbasen ).

Launcheren placerer satellitten i en indledende bane, som afhænger af flere parametre:

  • banens hældning i bestemmes af azimuthen Az af affyringsrøret i slutningen af ​​dens fremdrevne fase og breddegraden l  : cos (i) = sin (Az) × cos (l);
  • længden af ​​den stigende knude ☊ afhænger af lanceringstid og længdegrad  ;
  • argumentet for perigee ω, der bestemmer perigees position på banen, afhænger af placeringen af ​​injektionsstedet og af den lodrette komponent af hastigheden (i forhold til jorden). Injektionspunktet er placeret ved stop af affyringskraften: det svarer til starten af ​​satellitens bane i sin bane. Hvis hastighedens lodrette komponent er nul ved indsprøjtningspunktet, smelter perigee med indsprøjtningspunktet.

Lanceringstiden er derfor en ofte vigtig faktor. For nogle solsynkrone satellitter reduceres startvinduet til et par minutter om dagen. Andre kriterier kan tages i betragtning, især solens position, når satellitten begynder sin bane: dette har en indvirkning på sensorerne, der styrer orienteringskontrollen og på belysningen af ​​solpanelerne.

Når en satellit skal sættes i kredsløb omkring en anden planet, er det nødvendigt at tage højde for de relative positioner på jorden og målplaneten: af omkostningsårsager er disse satellitter generelt designet til at bære en mængde brændstof svarende til mest gunstige konfigurationer. Disse vises muligvis kun med fjerntidsintervaller (ca. otte måneder hvert andet år i marts ). Satellitens produktionsplan tager tydeligvis hensyn til skydevinduet, men efter forsinkelser i udvikling eller problemer med bæreraketten er det sket, at affyringsvinduet er gået glip af, og lanceringen er blevet udsat i flere måneder. Om ikke flere år.

Sætter i kredsløb

Afhængigt af typen af ​​kredsløb placerer løfteraket satellitten straks i sin endelige bane (satellitter i lav kredsløb) eller i en ventende eller overførselsbane (geostationær satellit osv.). Launcheren efter opstart tager en azimut, så hastighedsvektoren kommer så tæt som muligt på målet kredsløbsplan, når launcher-motorerne slukkes. Dækslet frigøres, så snart det aerodynamiske tryk kan understøttes af nyttelasten (mellem 100 og 150  km højde). Når affyringsmotoren slukker, begynder satellitten sin første bane: dette er indsprøjtningspunktet. Hvis kredsløbshastigheden ikke er nået efter en delvis fiasko af bæreraketten, udfører satellitten en ballistisk flyvning og falder tilbage til jorden. Hvis den lodrette komponent af dens hastighed i forhold til jorden er nul ved indsprøjtningspunktet, smelter sidstnævnte med perigeen af ​​kredsløb, ellers ligger perigeen i en lavere højde. Der er altid små afvigelser fra målkredsen (dispersionerne), som korrigeres under den endelige indstilling.

Før udgivelsen ændrer bæreraketten sin retning i overensstemmelse med satellitens behov. Launcheren giver satellitten en mere eller mindre vigtig rotationshastighed for at give den en vis stabilitet. Satellitten adskiller sig derefter fra bæreraketten. Launcheren kan gentage denne handling flere gange, hvis det er en flerstart. Den frigjorte satellit sætter sine solpaneler i brug ved at installere dem, hvis det er nødvendigt (manøvrering undertiden en kilde til fejl). Det bruger sine sensorer til at definere dets orientering i rummet og korrigerer dette ved hjælp af dets attitude motorer for at pege dets solpaneler og instrumenter i den rigtige retning.

Udstationering

Når satellitten har startet sin orbitale flyvning , kan det være nødvendigt med forskellige manøvrer for at sætte satellitten i sin endelige bane. Disse er hovedsageligt:

  • en ændring i kredsløbets form (ændring i kredsløbets excentricitet) eller en ændring i kredsløb (geostationær kredsløb);
  • en ændring i kredsløbsplanet, især en ændring i hældningen;
  • fine justeringer af satellitens bane og retning, så satellitten kan udføre sin mission nominelt.

Ændringerne af kredsløbets form udføres så vidt muligt, når satellitten er ved sin højdepunkt: det er det punkt i kredsløbet, hvor hastigheden er den laveste, og hvor de ændringer, der skal foretages i denne hastighed, derfor er de laveste og forbruge mindst drivmiddel. I tilfælde af en geostationær bane sprøjtes satellitten af ​​moderne løfteraketter ind i en stærkt elliptisk bane, hvis apoge er placeret i målhøjden på (36.000  km ): når satellitten når sin apoge, har den en hastighed på ca. 1,5  km / s . Kredsløbet cirkuleres derefter ved at give en hastighed på 1500  m / s i en retning, der tangerer målkredsen takket være satellitens apogee-motor. Når satellitten skal placeres i en lav bane, injicerer affyringsskytten generelt satellitten direkte i målkredsen, og sidstnævnte behøver kun foretage fine justeringer med sine motorer.

Kontrol ved udstationering

For en geostationær bane er stationeringsoperationerne lange og komplekse. De udføres af et specialiseret kontrolcenter med information om satellitten, så snart dens bærerakett er adskilt, uanset dens position omkring Jorden, fra et sporingsnetværk bestående af store antenner spredt over forskellige kontinenter og specialsoftware til disse manøvrer.

Der er få centre, der er i stand til at udføre disse manøvrer. De tilhører generelt rumfartsagenturer, herunder for Europa: ESA , fra dets europæiske rumoperationscenter (ESOC) i Darmstadt  ; og CNES (hvis kontrolcenter er i Toulouse Space Center (CST), men også til nogle få større telekommunikationssatellitoperatører, herunder Eutelsat . Nogle producenter af telekommunikationssatellitter - dette er tilfældet, især for Thales Alenia Space, som har sådan en center i Cannes - have deres eget center og tage sig af denne stationering på vegne af deres kunder, indtil satellitten overtages af den og dens egen kontrolstation.

Ledelse i den operationelle fase

Driften af ​​satellitterne er stort set automatiseret, men visse vedligeholdelses- eller missionsrelaterede opgaver skal udføres ved hjælp af midler placeret på jorden (jordsegment). De vigtigste opgaver udført fra jorden er:

  • overvågning af driftsparametre
  • korrektion af anomalier
  • kontrol og korrektion af parametrene for banen
  • sende instruktioner til nyttelasten
  • indsamling og behandling af data indsamlet af nyttelasten.
Jordressourcer

Jordressourcerne inkluderer kontrolcenter, netværket af jordstationer og for visse missioner (Spot, Weather osv.) Centre til indsamling og behandling af data indsamlet af satellitnyttelasten. Kontrolcentret sikrer generelt overvågning og kontrol af flere satellitter: kontrolcentret for Den Europæiske Rumorganisation i Darmstadt ( Tyskland ) er således ansvarlig for alle satellitter og rumsonder i aktivitet, der startes af agenturet (ca. 20 i 2006). For at kommunikere med satellitterne bruger kontrolcentret et netværk af store parabolantenner: ESA har således sit eget netværk af jordstationer, ESTRACK ( European Space Tracking ), spredt over omkring ti steder, der giver god dækning for de hyppigste baner og suppleret til visse missioner med antenner, der tilhører andre organisationer. Disse stationer gør det muligt at modtage driftsparametre, sende data og instruktioner, modtage data transmitteret af nyttelasten (fotos fra observationssatellitter, målinger fra videnskabelige satellitter) og nøjagtigt styre banen.

Telekommunikationssatellitoperatører har deres egne kontrolcentre til overvågning af deres satellit (er). Disse centre er undertiden bygget af satellitproducenten som en del af ”totalleverancer”.

Overvågning af driftsparametre og korrektion af uregelmæssigheder

Satellitten måler automatisk mange parametre (elektrisk spænding, temperatur, tryk i tanke osv.), Så jordstyring kan sikre, at den fungerer korrekt. Hvis værdien af ​​en af ​​disse telemetri ( fjernmåling ) går uden for de områder, der er defineret på forhånd, advares controlleren. Efter analyse af virkningen og undersøgelsen af ​​løsningerne sender den, om nødvendigt og teknisk muligt, instruktioner for at gendanne den defekte komponents funktion til normal eller for at afhjælpe dens funktionsfejl: Til dette formål fordobles mange enheder om bord på satellitterne eller tredoblet for at kompensere for manglende evne til at gribe ind på stedet for at reparere. Nogle fejl er ikke desto mindre ustoppelige (blokering af panelinstallationsmekanismer, problem med spidsmotoren osv.). Organisationer, der implementerer satellitter, der absolut skal sikre en kontinuerlig tjeneste - telekommunikationssatellitter, observationssatellitter med kommercielle begrænsninger (Spot, Ikonos), militære satellitter (GPS), vejrsatellitter ... - har generelt mindst en nødsatellit, der allerede er i kredsløb, som er aktiveret og positioneret i tilfælde af svigt i det operationelle køretøj.

Kontrol og korrektioner af parametrene for banen

For at udføre sin mission skal satellitten følge en bane og bevare sin orientering ved at begrænse afvigelserne til lavere værdier end dem, der er defineret for missionen. At holde satellitten stille, ofte styret fra kontrolcentret, består i at kontrollere og rette afvigelserne, når de bliver for store.

Satellitten er konstant under forstyrrelser, der ændrer dens bane væk fra referencebanen. I tilfælde af en satellit i geostationær bane ændres dens normalt nul bredde under påvirkning af månen og solen (nord-syd forstyrrelse). Uregelmæssighederne i Jordens tyngdefelt fremkalder en forsinkelse eller et fremskridt på den nominelle bane (øst-vest forstyrrelse). En lignende deformation af kredsløbet skyldes solstrålingstrykket. Afvigelser fra referencebanen accepteres, så længe de er mindre end en tiendedel af en grad i længdegrad og breddegrad. Hvis afvigelsen er større, skal banen korrigeres ved hjælp af satellitfremdrivningen.

Satellitkontrolcentret udfører disse korrektioner efter at have målt afvigelserne med præcision takket være jordstationerne og udledt de korrektioner, der skal foretages. Operatøren sender derefter instruktioner til satellitten via telekommunikations-uplink (fjernbetjeningslink): disse udløser motorerne i en varighed og et tryk, der omhyggeligt beregnes på bestemte steder i kredsløbet for at optimere brændstofforbruget. På en geostationær satellit vedrører de største korrektioner nord-syd-afdrift: det er nødvendigt at give en kumulativ hastighed på 40 til 50  m / s om året for at korrigere denne afvigelse (sammenlignes med den specifikke impuls på 1.500  m / s nødvendig til overførsel til geostationær bane).

Satellitens orientering skal også opretholdes med stor præcision i hele satellitens levetid, før dens instrumenter fungerer korrekt. Især skal observationssatellitter sikre signingen af ​​deres optik med en nøjagtighed på ca. 0,1 ° ved at begrænse rotationsbevægelser større end 0,005 ° / s (som kan induceres ved bevægelse af mekaniske dele) ellers bliver slørede eller forvrængede billeder. Satellitens indbyggede computer bruger sine sensorer til periodisk at bestemme satellitens retning. Gyrometre måler vinkelhastigheder omkring hver akse. Når tolerancetærsklerne overskrides, bruger computeren derefter satellitfremdrivningssystemet eller udfører disse korrektioner ved at virke på svinghjulene.

Afsendelse af instruktioner til nyttelasten

Satellitten har en vis autonomi i udførelsen af ​​sin mission. Men nogle af parametrene og udløsningen af ​​operationer leveres eller bekræftes af jordkontrol: for eksempel i tilfælde af en kommerciel observationssatellit er skydeprogrammet, hvilket resulterer i præcis udløsnings- og overvågningssekvenser. Orienteringen af ​​optikken er defineret under missionen i henhold til de behov, som slutkunderne udtrykker. De tilsvarende instruktionssekvenser transmitteres periodisk til satellitten, når sidstnævnte er synlig for en af ​​jordstationerne.

Indsamling og behandling af nyttelastdata

Satellitnyttelasten indsamler data, der skal transmitteres til jorden til dedikerede behandlingscentre, der er i stand til at bruge dem (dette vedrører ikke telekommunikation og positioneringssatellitter, hvis mission er begrænset til at levere en relærolle eller transmittere data til umærkede terminaler). Dataene er beregnet til kunden, der afhængigt af typen af ​​mission kan være det firma eller den organisation, der bestilte satellitten (for eksempel Spot Image eller ESA) eller slutkunden (for eksempel det firma eller den organisation, der køber billederne fra Spot Image). Hvis sidstnævnte modtager disse data via sit eget antennenetværk, skal den have en dekoder, der gør det muligt at bruge de oplysninger, der sendes af satellitten. Data kan kun overføres, når jordstationer er synlige, hvilket kræver betydelig lagerkapacitet om bord på satellitten. Arkitekturen for dataindsamlings- og behandlingsfaciliteter kan være kompleks, når dataene stammer fra flere nationale satellitnet, som det er tilfældet for meteorologiske data.

Enden på livet

Slutningen af ​​en satellits driftslevetid opstår normalt, når kraftkilden til thrustere (drivmidler) er opbrugt, og maskinen ikke længere kan opretholde sin orientering og sin bane inden for værdiområder, der er kompatible med dens mission. For nogle videnskabelige satellitter (infrarøde teleskoper) kan livets afslutning skyldes udtømning af væsker, der bruges til at afkøle observationsinstrumenterne. For satellitter, der er udsat for relativt lange perioder med mørke, kan nedlukning være forårsaget af svigt af batterier, der er opbrugt ved opladning / afladning.

Det sker stadig ofte, at satellitten holder op med at fungere efter en komponentfejl. Kollisioner med affald produceret af luftfartsaktivitet (andre satellitter, raketrester) eller med asteroider er også en kilde til for tidlig nedlukning. Endelig kan solstråler beskadige satellitter.

De regioner, hvor satellitter opererer, er nu relativt overbelastede af ophobning af nedlagte satellitter og rumaffald. Problemet er blevet tilstrækkeligt bekymrende for, at regler for god opførsel gradvist opstår med hensyn til udrangerede satellitter. IADC ( Inter-Agency Space Debris Coordination Committee ), der samler de vigtigste rumagenturer, foreslås således i 2002 regler for de to mest overbelastede områder:

  • telekommunikationssatellitter placeret i geostationær bane, skal være i slutningen af deres liv en skrot kredsløb med en radius større end deres nominelle kredsløb (36.000  km ) på omkring 230  km  ;
  • satellitter i lav bane (mindre end 2.000  km ) skal gennemgå deorbitation ved slutningen af ​​deres levetid, hvilket garanterer deres genindtræden i atmosfæren og deres ødelæggelse inden for et tidsinterval, der ikke må overstige 25 år.

Disse foranstaltninger har, hvis de anvendes, en ikke ubetydelig indflydelse på omkostningerne ved satellitterne, da brændstoffet, der er afsat til skift af kredsløb i slutningen af ​​deres levetid, kan repræsentere mere end 10% af satellitens masse i det mest ugunstige sag.

Beholdning

Panorama over aktiviteten

Satellitter efter type og land lanceret i årtiet 1990-1999
Forenede Stater Rusland Europa Japan Kina Indien Andre lande
Videnskabelige satellitter
Geodesi 1 4 3
Altimetri 1.5 1.5
Jordens magnetisme 1
Observation af den øvre atmosfære 6 4
Meteoritobservation 1
Observation af ionosfæren 4 1 1
Observation af magnetosfæren 4 3 4 2 2 3
Undersøgelse af solen (geocentriske satellitter) 3.5 1 0,5 1
Gamma-astronomi 1 1
Astronomi X 2.5 1 2.5 1
UV-astronomi 2 2
Infrarød astronomi 1 1
Astronomi under millimeter 1 1
Radioastronomi 1 1
Multi-band astronomi og astrometri 1
Gravity
and Materials Science Research
3 9 3 1 3
Jordobservation
Meteorologi (geostationær lør.) 3 3 3 1 1 6
Meteorologi (rullende lør.) 5.5 5 0,5 2
Fjernmåling af jordressourcer 6.5 8 5.5 2 0,5 1
Telekommunikationssatellitter
Telekommunikation (geostationær lør.) 45 30 35 12 11 5 -
Telekommunikation (rullende lør.) 1 18 9 1 1
Telekommunikation (konstellationer) 192 9
Navigations- og lokaliseringssatellitter 26 47
Militære satellitter
Anerkendelse 7 67 2 2
Tidlig advarsel 5 28
Elektronisk aflytning og havovervågning 13 34
Militær telekommunikation 36 44 3
Vejr for militære styrker 6
Kilde: F. Verger, R Ghirardi, I Sourbès-Verger, X. Pasco, op. cit. , s.  155-343

Siden starten af ​​rumalderen er mere end 5.500 kunstige satellitter blevet placeret i kredsløb (resultater i 2007). I 2008 blev omkring 100 satellitter lanceret, hvoraf 42 var til kommercielle aktiviteter (hovedsagelig telekommunikation): 66 satellitter vejede mere end 500  kg og 10 mindre end 20  kg . Kommercielle satellitter bestod af 18 geostationære satellitter og 23 satellitter beregnet til lav kredsløb.

Kommerciel aktivitet toppede i slutningen af ​​1990'erne forbundet med internetboblen med oprettelsen af ​​konstellationer af telekommunikationssatellitter i lav bane (Iridium osv.) Og lanceringen af ​​33 satellitter i geostationær bane (2000). Det styrtede ned i de følgende år og tager fart i dag takket være fornyelsesanmodninger og et voksende marked for satellit-tv på alle kontinenter.

Segmentet af mini og mikrosatellitter beregnet til den lave bane oplever en vis udvikling til skade for det øvre segment takket være miniaturisering af komponenter. Nanosatellitter var populære i 2006 (24 satellitter af denne klasse), som er faldet tilbage i dag. Antallet af lancerede kommercielle geostationære satellitter er relativt stabilt, men deres kapacitet øges konstant. De falder i fire klasser: mere end 5,4 ton (5 satellitter lanceret i 2007), mellem 4,2 og 5,4 ton (syv satellitter), 2,5 til 4,2 ton (fem satellitter), mindre end 2,5 ton (to satellitter). De amerikanske myndigheder forudså ikke i 2007 nogen væsentlig ændring i antallet af kommercielle satellitter i det kommende årti.

Satellitterne blev sat i kredsløb i 2008 af omkring tres raketter, herunder 26 russiske (43 satellitter), 15 amerikanske (8 satellitter), 11 kinesiske (12 satellitter), 6 europæiske (11 satellitter). Næsten 20 typer løfteraketter blev brugt, hvoraf otte var russiske. Kapaciteten af ​​disse løfteraketter er meget variabel (fra et ton til mere end 20 ton i lav kredsløb); de er specialiserede: nogle er optimeret til lav bane som Soyuz andre til geostationær bane som Ariane. Lanceringerne har stadig pålidelighedsproblemer i dag: henholdsvis to fejl i 2008 og fire fejl i 2007 og 2006.

Omkostningerne ved en satellit er høje: det var nødvendigt at tælle fra 100 til 400 millioner dollars i 2008 for en geostationær satellit. I slutningen af ​​1990'erne varierede enhedsomkostningerne for hver satellit i telekommunikationskonstellationerne i lav kredsløb fra ca. $ 100  millioner (Iridium 66-satellitter, der vejer 700  kg ) til $ 10  millioner (Orbcomm 28-satellitter, der vejer 45  kg ). En 2 t tung jordobservationssatellit som Geoeye  kostede 200  millioner dollars, mens de fem 150 kg Rapideye minisatellitter  sammen udførte den samme service kostede omkring 30  millioner dollars hver . Militær (750  M € / stk. Til den franske observationssatellit Helios) og videnskabelige satellitter (4,5  mia. $ Til det fremtidige James Webb-rumteleskop ) kan være endnu dyrere. Til denne pris skal tilføjes omkostningerne ved lanceringen, som ligger mellem $ 10.000  / kg for lav bane og $ 20.000  / kg for geostationær bane såvel som for installationer og jordstøtte.

Nationale og internationale programmer

Rumets kommercielle aktivitet (genereret hovedsageligt af telekommunikationssatellitter) repræsenterede i 2008 114 milliarder dollars, mens det institutionelle rum, støttet af det offentlige budget, anslås samme år til 71  G $ . I 2007 repræsenterede det amerikanske rumbudget (ikke-kommercielle militære og civile satellitter + løfteraketter + bemandede flyvninger + rumsonder) $ 54  milliarder (0,39% BNP ) eller 75% af det globale forbrug.

Uden for USA har få stater både de teknologiske midler og den politiske vilje til at udføre betydelig rumaktivitet. Budgeterne afsat til rummet er i faldende rækkefølge for Frankrig (  $ 2,9 B, 0,14% BNP), Japan (  $ 2,2 M , 0,05%), Kina (2,1  G $ , 0,06%), for Rusland (1,8  G $ , 0,11 %), Indien (1  mia. $ , 0,09%), Tyskland (1, 6  G $ , 0,05%), Italien (1,3  $ G , 0,06%). De vigtigste rumagenturer er i faldende rækkefølge af budgetter DOD ( Forsvarsministeriet med ansvar for amerikanske militære satellitter) $ 27  milliarder , NASA $ 16  milliarder , National Reconnaissance Office (NRO) amerikanske organisation med ansvar for rekognoseringssatellitter og d '' lytter 9  mia. $ , Den Europæiske Rumorganisation (ESA) 4  mia. $ , NGA ( National Geospatial-Intelligence Agency, der er ansvarlig for at indsamle satellitbilleder på vegne af det amerikanske forsvar) 2  mia. $ , det franske rumagentur ( CNES ) omkring 2,9  milliarder dollars , det japanske agentur ( JAXA ), det russiske agentur Roskosmos og det amerikanske meteorologiske agentur ( NOAA ).

Det militære rum er domineret af USA, der afsætter 36  milliarder dollars til det, og som er den eneste nation, der har en komplet og permanent enhed (militær telekommunikation, tidlig varsling, rekognoscering, aflytning, havovervågning, positioneringssystem ved hjælp af satellitter). Rusland forsøger at gøre sit GLONASS-satellitpositioneringssystem mere pålideligt og opretholder en flåde af rekognoscerings- og lyttesatellitter, der giver reduceret dækning i forhold til den kolde krigs æra . Kina indtager tredjepladsen: det er ved at oprette et nationalt satellitpositioneringssystem, har rekognosceringssatellitter og har bevist sin militære rumfunktion ved at ødelægge en af ​​sine satellitter i 2007. Der findes ingen europæisk militær rumpolitik. Fire europæiske lande har investeret betydeligt i militærområdet, for det første Frankrig, der har haft optiske genkendelsessatellitter (Helios) og militær telekommunikation (Syracuse) i flere år. Til aflytning og tidlig advarsel er der kun lanceret demonstranter indtil videre. Storbritannien har fokuseret sin indsats på militær telekommunikation, mens Italien og Tyskland har radarsøgningssatellitter.

Satellitindustrien

Rumaktivitet repræsenterede en aktivitetsmængde på 50  mia. Euro i 2007. En stor del af dette beløb bruges inden for rumagenturer eller svarer til fangenskontrakter fra offentlige organer (militær rumsektor i De Forenede Stater). Markedet for satellitter og tilknyttede tjenester, der er underlagt konkurrence, repræsenterede i 2007 ca. 12,3  mia. €, som blev opdelt i 34% inden for kommercielle satellitter, 27% for europæiske civile, 9% for europæiske militære satellitter, 25% for civile satellitter uden for Europa og 4% for militære satellitter uden for Europa. Fordelingen af ​​omsætningen efter applikation giver: 45% til telekommunikation, 16% til jordobservation, 5% til navigation og lokalisering, 10% til videnskab og teknologi, 8% til infrastruktur og transport og 16% til andre applikationer.

Dette snævre marked, der kræver avancerede færdigheder og tunge testressourcer, blev domineret i 2006 af 5 store aktører, herunder tre amerikanske virksomheder og to europæiske virksomheder: Lockheed Martin (4  mia. € i denne sektor), Northrop Grumman (2,6  B $ ), Boeing ( $ 2,1  B ), Thales Alenia Space ( $ 1,6  B ) og EADS Astrium Satellites ( $ 1,3  B ). Udsigterne for omsætningsvækst er stabile for kommercielle applikationer og stærk vækst for applikationer finansieret af rumagenturer (jordobservation, videnskab osv.) Og forsvar.

Outlook

Teknisk udvikling

Udviklingen opfylder flere mål:

  • forlængelse af levetiden, der forlænges til 15 år for geostationære satellitter og mål ti år for visse satellitter med lav kredsløb
  • øge kapaciteten for kommercielle satellitter
  • forbedring af ydeevnen for instrumenter til videnskabelige satellitter.

De vigtigste ændringer er som følger:

  • telekommunikationssatellitter er mere og mere kraftfulde og vejer mere og mere;
  • satellitter indeholder mere og mere kraftfuld elektronik (den gennemsnitlige elektriske effekt af telekommunikationssatellitter skal stige til 30  kW på kort sigt) og kompakt, hvilket kræver meget mere sofistikerede varmeafledningsanordninger;
  • satellitens nyttelast / masseforhold ændrer sig ikke mærkbart, men for den samme masse er nyttelastens kapacitet mere og mere vigtig;
  • kapaciteten for nogle instrumenter stiger markant. Inden for optiske instrumenter erstattes således den optiske samling med tilhørende mekanik og elektronik fra spot-satellitter med en masse på 250  kg til et scannet optisk felt på 60  km og en opløsning på ti meter på generationen. Næste med en enhed, der vejer 160  kg med et felt på 120  km og en opløsning på tre meter, dvs. en præstations / størrelsesforøgelse på 10
  • satellitindustrien opgiver hærdede elektroniske kredsløb til fordel for almindelige komponenter, hvis pålidelighed forbedres takket være softwaretricks;
  • udviklingen af ​​elektrisk fremdrift: der opnås betydelige gevinster på massen af ​​drivmidler, der transporteres på telekommunikationssatellitter i geostationær bane, og på trods af deres lave fremdrift bruger nogle satellitter, der markedsføres fra 2014, denne type fremdrift til opgradering af job.

Lavere produktions- og lanceringsomkostninger

Omkostningerne ved fremstilling og lancering af en satellit er en stor hindring for udviklingen af ​​deres anvendelse. Dens konstruktion forbliver håndværksdomæne i betragtning af det lille antal produceret hvert år og den store mangfoldighed af maskiner. Desuden produceres integrerede instrumenter ofte af universiteter eller forskningslaboratorier. Lanceringsomkostningerne (fra $ 10.000 til $ 20.000  pr. Kg) er fortsat uoverkommelige: ingen teknisk løsning har hidtil gjort det muligt at sænke disse omkostninger. Rumfærgen har vist, at besparelserne ved en genanvendelig bærerakett forbliver teoretiske. To amerikanske producenter, SpaceX og Orbital Science, delvist subsidieret, har påbegyndt produktionen af ​​nye løfteraketter med det formål at sænke prisen på det kilogram, der er placeret i kredsløb, betydeligt. Andre løsninger implementeres for at reducere vægten af ​​satellitten: miniaturisering af komponenterne og udvikling af elektrisk fremdrift, nævnt ovenfor, som er meget mindre grådige i drivmidler.

Jorden under observation

Den klimaændringer fremkaldt af menneskelig aktivitet officielt blev et stort problem, da Kyoto-protokollen (1997). Fænomenets omfang forstås dårligt, fordi det kræver modellering af de meget komplekse interaktioner mellem oceaner, kontinenter og atmosfæren. Observationssatellitter spiller en nøglerolle i indsamlingen af ​​data, der bruges af dette modelleringsarbejde, samt i søgen efter tegn på forandring. GEOSS- projektet (Global System of Earth Observation Systems), der gik ind i en aktiv fase i 2005, sigter mod at koordinere indsamlingen af ​​data leveret af satellit- og jordbaserede midler og deres tilgængelighed på verdensplan.

Modellering og undersøgelse af indvirkningen af ​​klimaændringer er blandt de vigtigste mål for GMES-programmet (Global Monitoring for Environment and Security), der blev lanceret af Den Europæiske Rumorganisation i 2001, og som derfor er den europæiske komponent i GEOSS-projektet. GMES bør gøre det muligt at samle alle eksisterende observationsmidler på kloden på europæisk plan, både jordbaserede og rumlige: nationale og europæiske observationssatellitter, meteorologiske satellitter (Eumetsat). Programmet skal garantere kontinuiteten i dataindsamlingen, deres standardisering og lette deres tilgængelighed. ESA planlægger at lancere fem observationssatellitter (Sentinel 1 til 5) som en del af GMES fra 2011, hver udstyret med specifikke instrumenter (radar, optik osv.).

Det fransk-amerikanske A-tog-projekt , som inkluderer seks satellitter, der blev lanceret mellem 2002 og 2008 i formation med få minutters mellemrum i en solsynkron bane, er en del af dette problem. De 15 indbyggede instrumenter skal gøre det muligt på en koordineret måde at indsamle talrige data, der gør det muligt både at forbedre vores forståelse af klimafunktion og forfine numeriske forudsigelsesmodeller.

Kommerciel modenhed af applikationer

Udseendet af kunstige satellitter fødte en kommerciel sektor, der oprindeligt var centreret om fast telekommunikation, der har udviklet sig betydeligt takket være flere teknologiske fremskridt: generalisering af transistorer og derefter miniaturisering af elektronik (1960'erne), brugen af Ku-båndet, der tillader små modtagelser satellitantenner (1980'erne), digitalisering af fjernsyn, der muliggør udsendelse af bundter af kanaler (1990'erne). Det årlige salg nåede således op på 114 milliarder dollars i 2007. Astronauticsektoren repræsenterer kun en lille del af dette tal (5%), dvs. 3,8  milliarder dollars for satellitproducenter og 1,54  milliarder dollar til bæreraketter. Det meste af aktiviteten udføres nedstrøms af servicevirksomheder (tv-pakker osv.) Og distributører af udstyr, der bruges af slutkunder (antenner, dekodere , GPS ). Telekommunikationssatellitoperatører ( omsætning på $ 14,3  mia. I 2007) har produceret satellitter, hvis transpondere de udlejer til fastnet-telekommunikationsselskaber, virksomheder (virksomhedsnetværk), satellit-tv-operatører. Satellit (repræsenterer tre fjerdedele af aktiviteten). De kan også skabe merværditjenester. De største operatører har et internationalt anvendelsesområde: de er SES ( $ 2,4  mia. ), Intelsat (2.2) og Eutelsat (1.3).

Nye anvendelser begynder at finde betydelige kommercielle forretninger:

  • nye operatører ( Globalstar , Iridium og Orbcomm ) trådte indmobiltelefonimarkedet i slutningen af ​​1990'erne ved at oprette konstellationer af satellitter placeret i lav kredsløb. Efter en meget vanskelig start (investeringerne var overdimensionerede i forhold til det potentielle marked) har denne aktivitet fundet sin ligevægt med en omsætning i 2007 på 2,1  mia. $ (Inklusive en langvarig operatør Inmarsat );
  • Internet til satellit til tilvejebringelse af ADSL- links til brugere, der er bosiddende i områder med dårligt stilling
  • mellemopløsningsbilleder, hvis leder er Spot Image ( $ 140  millioner i 2007);
  • meget nyere billedbehandling med høj opløsning, hvoraf de to ledere er DigitalGlobe (  $ 152M ) og GeoEye (  $ 184M ). Denne aktivitet understøttes af institutionelle kunder (hær, offentlige myndigheder), men også af erhvervskunder, den mest symbolske repræsentant er Google, der fik eksklusiviteten på billederne af satellitten GeoEye-1  (in) (opløsning 0, 4  m ) lanceret i 2008 og beregnet til at fodre Google Earth- webstedet  ;
  • radarbilleder produceret af satellitter som RADARSAT ( Canada ) og TerraSAR-X (Tyskland).

Forvaltning af rumaffald

Antallet af kunstige genstande, der er placeret i kredsløb, er støt steget siden starten på rum erobringen. Ved siden af ​​de faktisk fungerende satellitter finder vi snavs fra bæreraketter (hele faser eller komponenter), nedlagte satellitter (omkring 2.000 ved århundredskiftet) eller satellitaffald. I dag er der:

  • ca. 12.500 stykker affald, der er større end 10 cm i størrelse, som  alle er opført af det amerikanske rumvågssystem ( NORAD ).
  • ca. 300.000 (estimat) snavs mellem 1 og 10  cm i størrelse .
  • omkring 35 millioner stykker snavs mellem 1  mm og 1  cm i størrelse .

Det meste af dette affald er placeret i en højere højde end satellitter placeret i lav bane (snavs placeret i en lavere højde kommer ind i jordens atmosfære efter et par år og ødelægges). Dem, der krydser i nyttige højder, udgør en trussel mod satellitter, fordi deres relative bevægelseshastighed i forhold til dem (op til 20  km / s ) genererer kinetisk energi, således at snavs på nogle få cm kan deaktivere en satellit. Således i 1996 ramte et fragment af den tredje fase af en Ariane- løfteraket, der eksploderede under flyvning ti år tidligere, den franske mikrosatellit Cerise . For nylig blev den spektakulære kollision mellem en Iridium-satellit i drift og en Cosmos-satellit ude af drift den10. februar 2009demonstrerer, at problemet med rumaffald skal tages alvorligt.

Når rumagenturer opdager en risiko for kollision med affald, der er større end 10  cm, hvis bane er almindeligt kendt, ændres satellitens bane på dens bane af kontrolcentret for at afvige fra truslen. CNES udførte således tre undgåelsesmanøvrer på sine satellitter i 2007. Men den største trussel udgøres af affald mellem 1  cm og 10  cm i størrelse , hvis bane generelt ikke er kendt. Brug af afskærmning (løsningen vedtaget til den internationale rumstation ) beskytter ikke rumfartøjet fuldstændigt og er uoverkommelig dyr (10% af rumstationens vægt). Anbefalinger, der har til formål at reducere antallet af produceret nyt affald, er defineret af IADC: deorbitation af satellitter i slutningen af ​​deres levetid, passivering af trinene i satellitkastere (for at forhindre dem i at eksplodere, reduktion af antallet af affald produceret ved adskillelse eller implementeringsmekanismer Men på grund af deres omkostninger anvendes de i øjeblikket kun på frivillig basis af visse rumorganisationer, herunder CNES.

Militariseringen af ​​rummet

Den 1967 plads traktat forbyder at sende i kredsløb af atomvåben eller masseødelæggelsesvåben. Men det forhindrer ikke brugen af ​​satellitter, der er beregnet til at støtte eller hjælpe militære styrker på jorden. I dag er våbnene, ligesom tropperne fra de mest moderne hære, til dels blevet afhængige af en række militære satellitter, især rekognoscerings-, kommunikations- og positioneringssatellitter. Men ingen satellit er hidtil udstyret med en stødende kapacitet. Efter de holdninger, som De Forenede Stater indtager , og som er ivrige efter at forsvare sig mod ethvert atomangreb og helliggøre rummet, fremkalder specialister scenariet med en arsenalisering (dette er den indviede term) af rum, c 'Det vil sige installation af våben i stand til enten at ødelægge andre satellitter eller mål på jorden fra rummet eller ødelægge satellitter fra jorden. Fraværet af en koordineret europæisk forsvarspolitik, især inden for det militære rum, der kræver budgetter, der overstiger national kapacitet, sætter Europa i en meget dårlig position, hvis dette scenario realiseres. En traktat, der sigter mod fuldstændig demilitarisering af det ydre rum, har hidtil ikke modtaget nogen underskrift.

Noter og referencer

Bemærkninger

  1. Den nuværende militære observationssatellitter kredsløb i de højere luftlag uden tvivl (oplysningerne er klassificeret) takket være forbedring af on-board optiske instrumenter.
  2. Overførslen kan i nogle tilfælde foretages af bæreraketten selv.
  3. Alle rumbaser skyder mod øst undtagen den israelske base i Palmahim på grund af mangel på passende grund.
  4. Ifølge ESA-webstedet har stationerne en maksimal modtagekapacitet på 500 Megabyte / s (1  MB ved normal hastighed), modtagekapacitet på 2  kilobytes / s  ; de kan bestemme satellitens position med en nøjagtighed på en meter og dens hastighed med en nøjagtighed på 0,1  mm / s .
  5. Satellitterne udviklet i samarbejde tælles til 0,5; satellitter, der ikke kunne starte, er inkluderet.
  6. Inkluderer 3 af Spot-seriens satellitter.
  7. Tal afrundet for USA, Rusland og Europa, ikke medregnet i andre lande. 20 lør. fra Intelsat-organisationen og 9 fra Immarsat.
  8. Franske satellitter Helios.
  9. (USA NOSS-2-serien).
  10. 2 NATO-satellitter inkluderet i USA  ; de tre europæiske satellitter er engelske.
  11. Ifølge J. Villain (2007) 5.500 satellitter var blevet lanceret, hvoraf 700 var stadig aktive.
  12. Dette tal kan sammenlignes med omsætningen genereret ved lanceringerne: $ 1.971  millioner i indtægter i 2008, hvoraf omkring $ 600  millioner til Ariane-løfteraket og $ 700  millioner til de russiske bæreraketter.
  13. Af de 25 kommercielle geostationære satellitter, der blev lanceret i 2008: 5 blev produceret af Loral, 5 af ADS, 4 af Thales, 2 af Lockheed, 2 af Boeing.
  14. På grund af deres lave tryk ville det i gennemsnit tage 3 måneder at overføre en geostationær satellit fra dens injektionsbane til en geostationær bane ved hjælp af en elektrisk thruster, der anses for at være kommercielt for dyr.
  15. Launcher Falcon 1 fra SpaceX , da den blev forladt, kostede 3.000  $ / kg .

Referencer

  1. P. Couillard, op. cit. , s.  19 .
  2. F. Verger, R Ghirardi, I Sourbès-Verger, X. Pasco, op. cit. , s.  16 .
  3. F. Verger, R Ghirardi, I Sourbès-Verger, X. Pasco, op. cit. , s.  19 .
  4. "  Atmosfærisk bremsning, levetid  " (adgang til 22. oktober 2017 ) .
  5. F. Verger, R Ghirardi, I Sourbès-Verger, X. Pasco, op. cit. , s.  20 .
  6. F. Verger, R Ghirardi, I Sourbès-Verger, X. Pasco, op. cit. , s.  323 .
  7. ESA: præsentation af GOCE-missionen (juni 2006) s.  14 .
  8. D. Marty, op. cit. , s.  24 .
  9. NASAs websted: World Book Encyclopedia: Kunstige satellitter , adgang til 23.4.2008 .
  10. F. Verger, R Ghirardi, I Sourbès-Verger, X. Pasco, op. cit. , s.  280 .
  11. F. Verger, R Ghirardi, I Sourbès-Verger, X. Pasco, op. cit. , s.  29 .
  12. F. Verger, R Ghirardi, I Sourbès-Verger, X. Pasco, op. cit. , s.  33-43 .
  13. (in) "KH-1" om Astronautix.
  14. (i) "Midas" om Astronautix.
  15. (i) "Landsat 1-2-3" på Astronautix.
  16. (i) hjemmeside Astronautix: Artikel Geos .
  17. (in) "Mariner8-9" om Astronautix (adgang til 26. juli 2021).
  18. Jean-Jacques Dechezelles , “Fra Symphonie til Spacebus - 30 års succesrige telekommunikationssatellitter”, AAAF-konferencen , marts 2006, offentliggjort i Lettre_AAAF_n_5_2006 .
  19. F. Verger, R Ghirardi, I Sourbès-Verger, X. Pasco, op. cit. , s.  269-318 .
  20. P. Couillard, op. cit. , s.  140-142 .
  21. Guy Lebègue , ”  En telekommunikationssatellit  : Hvad er det til? Hvordan det virker ? Hvor meget koster det ? », I Nouvelle revue Aéronautique et Astronautique , nr .  2, juni 1994, ( ISSN  1247-5793 ) .
  22. (fr) (en) Guy Lebègue, (Oversat Robert J. Amral.), ”  Golfen konflikt  : læren af militære satellitter  ”, i Revue Aerospatiale , n o  79, Juni 1991.
  23. CNES bind 1 Generelle forhold og udviklingsbegrænsninger, op. cit. , s.57 .
  24. "tilstrækkelig til at identificere en golfbold" ( (i) "  Opløsningssammenligning, læsning af nummerplader og overskrifter  " ).
  25. (i) Asif Siddiqui A, Deep Space Chronicle: En Kronologi Deep Space and Planetary Probes 1958-2000 (SP-2002-4524) , NASA2002( læs online ).
  26. Alain Duret, op. cit. , s.  151-153 .
  27. CNES, op. cit. , bind 1 Generelle og udviklingsmæssige begrænsninger s.  61 .
  28. CNES & CILF: ordbog for spatiologi .
  29. CNES bind 1 Generelle forhold og udviklingsbegrænsninger, op. cit. , s.  416-417 .
  30. La Dépêche, artikel dateret 05/08/2008 .
  31. Proteus auf Gunters Space Page .
  32. Proteus bei CNES .
  33. CNES: Myriade .
  34. D. Marty, op. cit. , s.  24-25 .
  35. P. Couillard, op. cit. , s.  135 .
  36. P. Couillard, op. cit. , s.  120 .
  37. P. Couillard, op. cit. , s.  122 .
  38. P. Couillard, op. cit. , s.  132 .
  39. CNES-websted, HFI-instrumentet fra Planck-satellitten, hørt den 3/9/2008 .
  40. SNECMA-flyer på PPS-1350 .
  41. CNES, op. cit. , vol.3 Platforme s.  665-749 .
  42. CNES, op. cit. , vol.3 Platforme s.  267 .
  43. CNES, op. cit. , vol.3 Platforme s.  272-336 .
  44. P. Couillard, op. cit. , s.  128 .
  45. CNES, op. cit. , vol.3 Platforme s.  346-56 .
  46. P. Couillard, op. cit. , s.  131 .
  47. D. Marty, op. cit. , s.  230 .
  48. CNES: BeppiColombo: projektets hovedfaser, hørt den 25.4.2009 .
  49. CNES, op. cit. , bind 1 Generelle forhold og udviklingsbegrænsninger s.  374-389 .
  50. CNES, op. cit. , bind 1 Generelle forhold og udviklingsbegrænsninger s.  74 .
  51. ESA-websted: Sådan vælges en mission , åbnet 25.4.2009 .
  52. CNES, op. cit. , bind 1 Generelle forhold og udviklingsbegrænsninger s.  390-414 .
  53. Christian Lardier, "Launchers: the price war", i Air & Cosmos , nr .  2170,1 st maj 2009.
  54. P. Couillard, op. cit. , s.  24-25 .
  55. F. Verger, R Ghirardi, I Sourbès-Verger, X. Pasco, op. cit. , s.  17-19 .
  56. CNES, op. cit. , bind 1 Generelle forhold og udviklingsbegrænsninger s.  198 .
  57. CNES, op. cit. , bind 1 Generelle forhold og udviklingsbegrænsninger s.  245 .
  58. P. Couillard, op. cit. , s.  26-27 .
  59. P. Couillard, op. cit. , s.  136 .
  60. ESA: adgang til ESTRACK-sporingsstationer (24. april 2009).
  61. P. Couillard, op. cit. , s.  137 .
  62. P. Couillard, op. cit. , s.  126 .
  63. P. Couillard, op. cit. , s.  127-132 .
  64. SPOT-billeder: Med de nye modtagestationer forbliver Spot 4 meget aktiv, konsulteret den 24.4.2009 .
  65. ISCCP-netværksarkitektur, adgang til 24/4/2009 .
  66. IADC: Henstilling om de foranstaltninger, der skal træffes af rumagenturer for at begrænse rumaffald 2004 .
  67. Jacques Villain, op. cit. , s.  95 .
  68. American Institute of Aeraunotics and Astronautics: "Aersopace America April 2009" .
  69. Federal Aviation Administration: Prognose 2008 Rumtransport .
  70. Federal Aviation Administration: 2008 År for gennemgang .
  71. Lør Tidsskrift: INDSIGT: Satellitter - Større eller mindre? Ja! .
  72. ESPI: Space Policies, Issues and Trends 2007/2008 side 38-70 .
  73. Nationalforsamlingens forsvarskommission (Frankrig) februar 2008 rapport om de strategiske udfordringer inden for rumsektoren , hørt den 21/5/2009 .
  74. Thales: Analysedag Espace, 26. november 2007, Cannes. .
  75. CNES, op. cit. , bind 1 Generelle forhold og udviklingsbegrænsninger s.  62-67 .
  76. Afsætning af Elon Musk (grundlægger af selskabet SpaceX) for det amerikanske senat den 5. maj 2004 .
  77. GEOSS, en global indsats for at udnytte GMES 'fulde potentiale [PDF] , Boss4GMS (adgang til 3. maj 2009).
  78. Europæiske Rumorganisations websted: GMES-programmet , hørt den 3/5/2009 .
  79. CNES-websted: A-toget, der blev konsulteret den 3/5/2009 .
  80. F. Verger, R Ghirardi, I Sourbès-Verger, X. Pasco, op. cit. , s.  54 .
  81. CNES: rumaffald: inventar over inventar, hørt den 25.4.2009 .
  82. "De terrestriske forstæder forurenet af rumaffald", artikel af Hervé Morin, Le Monde , 15. februar 2009.
  83. I-space-pro-space-bulletin (november 2007): s.  7 .
  84. Teknisk og rumfartskomité for forsamlingen for Vesteuropæisk Union: Implementering af våben i rummet (juni 2006), adgang til 30/4/2008. .

Tillæg

Bibliografi

Kilder

  • Daniel Marty, Rumsystemer: design og teknologi , Masson,1994, 336  s. ( ISBN  978-2-225-84460-7 )
  • CNES, Teknikker og teknologier til rumfartøjer , Toulouse, Éditions Cépaduès ,1998, 751  s. ( ISBN  2-85428-479-8 )
  • CNES & CILF, Dictionary of spatiology , CILF,2001, 435  s. ( ISBN  978-2-85319-290-3 )
  • Alain Duret, Rum erobring: fra drøm til marked , Paris, Editions Gallimard ,2002, 262  s. ( ISBN  2-07-042344-1 )
  • F. Verger, R Ghirardi, I Sourbès-Verger, X. Pasco, Det nye territorium: satellitatlas og rumpolitik , Belin ,2002
  • Philippe Couillard, løfteraketter og satellitter , Éditions Cépaduès ,2004, 246  s. ( ISBN  978-2-85428-662-5 )
  • OECD, plads til 2030: Hvilken fremtid for rumapplikationer? , EDP ​​Sciences ,2004, 263  s. ( ISBN  978-2-86883-808-7 )264 sider
  • Jacques Villain, I erobring af rummet: fra Sputnik til mand på Mars , Paris, Vuibert Ciel & Espace,2007, 310  s. ( ISBN  978-2-7117-2084-2 )
  • (en) NASA Ames Research Center, Small Spacecraft Technology State of the Art , NASA,juli 2014, 211  s. ( læs online )Den nyeste teknologi inden for mikrosatellitter i 2014 (mindre end 150 kg tør) reference: NASA / TP - 2014–216648 / REV1

Andre værker

  • José Achache, Sentinels of the earth , Hachette ,2004, 192  s. ( ISBN  978-2-01-235733-4 )
  • Aline Chabreuil og Philippe Chauvin, satellitter: ved videns grænser , Paris, Éditions du Recherches Midi; Samlingen "Fine Books",2008
  • Robert Lainé ( EADS Astrium ), Marie-José Lefèvre-Fonollosa ( Toulouse Space Center ), Dr Volker Liebig ( ESA ), Bernard Mathieu ( CNES ), Isabelle Sourbès-Verger ( CNRS ), forord af Claudie Haigneré , Objectif Terre: la satellit revolution , Paris, Le Pommier / Cité des Sciences,2009, 189  s. ( ISBN  978-2-7465-0419-6 )192 sider

Relaterede artikler

eksterne links