Airbus Defence and Space

Des signaux lumineux dans l’espace

La communication laser mise au point par Airbus Defence and Space offre des transferts de données entre satellites encore plus rapides.

Les signaux lumineux sont probablement le mode de communication le plus ancien pour les longues distances. Aujourd’hui, ce n’est pas seulement un million d’années qui sépare la torche de nos ancêtres des technologies modernes de communication, mais aussi un milliard de bits. Notre porteur de torche préhistorique ne pouvait guère faire plus que signaler sa position, tandis que le satellite Alphasat I-XL, construit par Airbus Defence and Space, par simple activation de son laser, est capable de transférer un volume impressionnant de 1,8 gigabits par seconde depuis son orbite située à 36 000 km au-dessus de la Terre.

Terminal de communication laser (LCT) développé par TESAT.
Terminal de communication laser (LCT) développé par TESAT.

 

Cette prouesse reste cependant invisible à l’œil nu, puisque le terminal de communication laser du satellite développé par TESAT, filiale d’Airbus Defence and Space, utilise la gamme infrarouge du spectre électromagnétique, avec une longueur d’onde de 1064 nanomètres. Par ailleurs, il ne s’agit pas pour Alphasat de diriger son faisceau laser directement vers la Terre, mais plutôt de l’employer pour communiquer avec d’autres satellites gravitant sur une orbite plus basse.

Compte tenu de leur position orbitale à quelques centaines de kilomètres au-dessus de la planète bleue, les satellites d’observation de la Terre ne peuvent maintenir le contact avec les stations sol que pendant quelques minutes avant de disparaître de nouveau derrière l’horizon. Toutefois, en se servant d’Alphasat comme station relais – qui, du fait de son orbite géostationnaire, semble rester suspendu en un point fixe au-dessus de l’équateur –, ils disposent de beaucoup plus de temps pour transférer leurs données. « En fonction de leur orbite, la connexion peut être maintenue pendant 40 à 60 minutes », explique Frank Heine, qui a dirigé la fabrication du terminal laser par TESAT, « mais, la vitesse de transmission étant élevée, les modules mémoire embarqués à bord de ces satellites en orbite basse se vident en dix minutes au plus. C’est pourquoi, pour l’heure, nous n’envisageons pas de périodes de contact plus longues ».

Des débits de données élevés

Ce sont ses fortes potentialités en termes de transmission de données qui rendent la communication laser si attractive. En effet, la fréquence des ondes lumineuses étant plus de mille fois supérieure à celle des ondes radio, elles peuvent donc être concentrées en des faisceaux plus fins. Les émissions de faible puissance (de l’ordre de 5 W) gagnent ainsi une portée de plus de 45 000 km. Par ailleurs, le transfert de données par voie optique ne se trouve pas limité par les bandes de fréquence utilisées. Par conséquent, l’ensemble des données peut transiter par un seul canal.

Et ce n’est pas tout : cette solution permet également de réduire considérablement la masse et la consommation d’énergie. Le terminal laser installé à bord d’Alphasat ne pèse que 55 kg et consomme seulement 170 W. « Un équipement radio comparable pèserait deux fois plus lourd et consommerait le triple », estime Frank Heine. Dans l’espace, la propulsion de chaque gramme de charge utile nécessite une quantité bien supérieure de carburant : voilà donc un argument de poids !

L’équipe de TESAT (en bleu), devant le terminal de communication laser (LCT), en compagnie de leurs collègues d’Airbus Defence and Space Toulouse et de l’ESA.
L’équipe de TESAT (en bleu), devant le terminal de communication laser (LCT), en compagnie de leurs collègues d’Airbus Defence and Space Toulouse et de l’ESA.

 

Une extrême précision

Contrairement aux émetteurs radio, les lasers n’émettent pas de manière uniforme dans toutes les directions, mais restent extrêmement focalisés. Même après avoir parcouru plusieurs centaines de kilomètres, le faisceau verra son diamètre atteindre quelques centaines de mètres seulement. Cela peut de prime abord sembler beaucoup, mais rappelons qu’un satellite franchit cette distance en moins d’un dixième de seconde. Pour joindre le récepteur choisi, l’émetteur doit diriger son signal de manière très précise et constamment réaligner le faisceau laser. Le terminal TESAT y parvient avec une précision de l’ordre de quelques centaines de nanoradians, ce qui équivaut approximativement à un dixième de seconde d’arc. Autant tenter de guider un modèle réduit d’avion à une distance de plusieurs kilomètres à l’aide d’un pointeur laser. Les paires de satellites en communication atteignent le résultat désiré grâce à des détecteurs chargés de mesurer la déviation subie par le faisceau incident, ainsi qu’à un miroir de positionnement à grande vitesse capable de corriger ces déviations 500 fois par seconde.

De cette manière, les satellites en orbite basse sont en mesure d’envoyer chaque seconde l’équivalent d’une encyclopédie de plusieurs volumes à la station-relais placée au-dessus d’eux en orbite géostationnaire, d’où les données sont ensuite transmises aux stations sol.

Bien que l’ultime phase de test de la technologie de communication d’Alphasat soit toujours en cours, des commandes ont d’ores et déjà été passées pour de nouveaux terminaux laser. L’idée consiste à établir une communication par des faisceaux laser dirigés de manière précise. Cette technologie équipera non seulement les deux premiers satellites dont le lancement est prévu ces prochaines années dans le cadre du projet de système-relais européen EDRS, mais aussi les satellites Sentinel 1A et 2A, pierres angulaires du projet de surveillance mondiale pour l’environnement et la sécurité (GMES). L’usage de cette technologie pour d’autres missions est déjà quasi planifié : elle pourrait être employée par des satellites météorologiques, ou encore pour établir une communication avec des drones évoluant à haute altitude.

Scénario EDRS : la connexion laser est d’abord établie entre le satellite d’observation de la Terre en orbite basse et les satellites EDRS en orbite géostationnaire (ici en rouge). Ensuite, les données sont retransmises vers la Terre via une liaison en bande Ka.
Scénario EDRS : la connexion laser est d’abord établie entre le satellite d’observation de la Terre en orbite basse et les satellites EDRS en orbite géostationnaire (ici en rouge). Ensuite, les données sont retransmises vers la Terre via une liaison en bande Ka.

 

Les passagers de vols commerciaux comme les simples piétons bénéficieront également de cette véritable « inforoute » de l’espace. Bientôt, lorsque vous consulterez vos e-mails ou que vous lirez un article comme celui-ci sur votre téléphone mobile, en avion ou dans un café, ces données vous seront de plus en plus souvent transmises depuis l’espace – de manière plus rapide et plus fiable que jamais.

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