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La politique spatiale française: bilan et perspectives

 

II. LES SATELLITES

La gamme des futurs satellites se caractérise par des évolutions notables aux deux extrémités de la chaîne, celle des très petits et celle des très gros satellites.

A. LES MINI, MICRO, NANO ET PICOSATELLITES

A l'opposé du marché des grands satellites, se développe celui des petits engins :

- minisatellites (100 kg à 1 tonne),

- microsatellites (10 à 100 kg),

- nanosatellites (1 à 10 kg),

- et picosatellites (moins de 300 g).

1. Les minisatellites

La filière des minisatellites complète celle des satellites scientifiques classiques. Elle offre des engins plus légers, moins coûteux et de fabrication plus rapide, qui permettent à la communauté scientifique de disposer de moyens propres pour accéder à l'espace.

Le CNES, par exemple, a développé avec Alcatel Space Industries, depuis 1996, la plate-forme Proteus (Plate-forme Reconfigurable pour l'Observation de la Terre Et les Usages Scientifiques), base de réalisation de minisatellites dans une gamme de masse de l'ordre de 500 kg. La première application est Jason (500 kg), destiné à succéder à Topex-Poseidon (2 tonnes) pour l'étude des océans, en coopération avec la NASA. La seconde sera Corot, destiné à étudier la structure interne des étoiles.

Quant à la société Astrium, elle développe la plate-forme Leostar.

2. Les microsatellites

Les microsatellites ont pour objectif de réaliser des missions avec des masses (donc des coûts) et des délais encore plus réduits, afin de favoriser l'accès à l'espace de plusieurs sortes d'utilisateurs :

- les nations qui n'ont pas les moyens dont disposent les grandes puissances et qui ont recours aux microsatellites pour faire leurs premiers pas dans l'espace (10(*)) :

Ce type de satellite peut être d'un grand secours pour les pays en développement souhaitant assurer la surveillance et la gestion des catastrophes naturelles, comme le montrent certains services offerts par le Centre spatial de Surrey, spécialisé dans les microsatellites depuis 1985 :


SATELLITE

(CLIENT, PAYS)


CARACTÉRISTIQUES

DE LA MISSION (ORBITE)


ETAT D'AVANCEMENT

DU PROGRAMME

(LANCEMENT PRÉVU)

DMC Algérie ou Alsat-1

(CNTS, Algérie)

Disaster Monitoring Constellation

(orbite polaire à 772 km)

Microsatellite de 70 kg d'une constellation internationale

(1ère moitié de 2002)

DMC Nigeria

(Ministry of Science & Technology, Nigeria)

Disaster Monitoring Constellation

(orbite polaire à 772 km)

Microsatellite de 70 kg d'une constellation internationale

(1ère moitié de 2002)

DMC Thailand

(Mahanakorn University, Thailand)

Disaster Monitoring Constellation

(orbite polaire à 772 km)

Microsatellite de 70 kg d'une constellation internationale

(1ère moitié de 2002)

DMC Tsinghua

(Tsinghua University, Chine)

Disaster Monitoring Constellation

(orbite polaire à 772 km)

Microsatellite de 70 kg d'une constellation internationale

(1ère moitié de 2002)

(11(*))

- La communauté scientifique qui a beaucoup de projets d'expériences mais ne peut accéder facilement à l'espace pour des raisons financières ;

- Les opérateurs de télécommunications, dans le cas d'applications de niches pour lesquelles le temps réel n'est pas nécessaire (certains types de transmission de données ou d'e-mails) ;

- Les agences spatiales et les industriels du secteur qui peuvent valider rapidement et à bon compte les technologies innovantes qui contribueront au succès de gros satellites commerciaux.

Les baisses de coûts rendues possibles par la filière des microsatellites, qui permettront de développer des services existants mais aussi d'assister à la naissance de services non encore imaginés, sont liées aux lancements et aux technologies utilisées pour les satellites eux-mêmes.

Ce coût de lancement peut être abaissé par le recours à d'anciens missiles convertis : la fusée Dniepr, par exemple (SS-18 modifié), peut placer 100 kg en orbite pour 1,5 million de $. Il peut également être abaissé par l'emploi du mode de passager auxiliaire (piggyback) à bord de lanceurs satellites de communications commerciaux comme le permet le plateau ASAP (as soon as possible) des fusées Ariane. On peut alors placer sur une orbite de transfert géostationnaire un microsatellite de 100 kg pour un million de dollars.

Le coût du satellite baisse également grâce à la croissance exponentielle des performances de l'électronique grand public. On peut regrouper les composants à haute intégration sur des cartes dont la taille se réduit de plus en plus. Le projet X-2000 de la NASA s'est ainsi fixé pour objectif la mise au point de chaînes fonctionnelles sur puces (system on a chip). De plus, le recours à des produits standardisés, mais qualifiés, les COTS (composants sur étagère), est évidemment un élément essentiel de la réduction de coût des microsatellites.

Les microsatellites sont développés depuis plus de 15 ans au centre spatial de l'Université du Surrey, qui continue à améliorer ses compétences en appliquant des méthodes très rationnelles : « faire simple, réutiliser ce qui fonctionne, penser modulaire et gérer le risque ». Il mène, en outre, une intéressante action de transfert de technologie en faveur de pays en développement, dont il accueille volontiers les équipes pour leur dispenser une formation.

D'autres fabricants de satellites développent cette compétence : en Allemagne, le groupe OHB System, en collaboration avec sa filière italienne Carlo Gavazzi, développe la plate-forme de microsatellites MITA ; on peut également citer INTA en Espagne (avec Nanosat), Yuzhnoye en Ukraine (avec une famille de plates-formes), INPE au Brésil (avec SACI), SATRec en Corée (avec KITsat).

Le CNES a lancé sa filière de microsatellites fin 1998, avec un objectif de missions scientifiques à coût réduit (50 à 100 millions de francs). Actuellement, neuf microsatellites sont en cours de développement ; en plus de leur mission principale, ils transportent parfois plusieurs expérimentations technologiques, comme les microsatellites de l'Université du Surrey :

- Demeter (110 kg, 78 W) aura pour principale mission la détection de signes avant-coureurs de séismes grâce à l'observation du champ électromagnétique terrestre et embarquera 5 expériences technologiques (contrôle d'orbite autonome, mémoire de masse à bas coût, allumage par laser d'un composant pyrotechnique, matériaux à mémoire de forme).

- Microscope (120 kg, 70 W) aura pour objectif de vérifier le principe d'équivalence entre la masse inerte et la masse pesante avec une précision de 10-15 ;

- Picard (110 kg, 78 W) observera la variation du diamètre solaire, paramètre qui pourrait être corrélé à l'évolution du climat.

- FBM (110 kg, 90 W), microsatellite franco-brésilien aura pour mission l'observation scientifique du soleil et emportera neuf expériences de technique spatiale.

- Parasol (115 kg, 78 W) rejoindra en 2004 trois autres satellites dans une configuration de vol en formation pour constituer un observatoire d'étude des nuages et aérosols. Cette plate-forme bénéficiera des études techniques menées sur Demeter.

- Essaim est une petite constellation de quatre satellites militaires chargés d'analyser le rayonnement électromagnétique de la terre, dont la réalisation a été confiée à Astrium.

Le développement des microsatellites appelle deux remarques :

Dans la mesure où ces microsatellites sont financièrement plus accessibles, ils conduiront à une redondance des projets. Il convient donc de réfléchir dès maintenant à la possibilité de fédérer une communauté élargie d'utilisateurs, pour récupérer les données des missions, bénéficier d'une plus grande répétitivité et d'une plus grande durée de mesure, mais aussi pour contrôler d'éventuelles redondances de programmes ;

La deuxième remarque est relative au rôle du CNES dans la filière des microsatellites.

Les microsatellites offrent au CNES la possibilité de s'investir dans un domaine nouveau susceptible de développements féconds dans le domaine de la recherche pure comme dans celui du progrès technologique. Il ne semble pas souhaitable, toutefois, que le CNES cherche à retrouver, à cette occasion, une activité de maîtrise d'oeuvre interne. Son rôle devrait demeurer ce qu'il est, classiquement à l'endroit de la communauté scientifique, comme à l'égard de l'industrie :

- mener des expériences scientifiques en ayant recours en tant que de besoin aux microsatellites de faible coût existant sur le marché.

- développer des technologies innovantes pour les microsatellites et de faire en sorte que des maîtres d'oeuvre industriels puissent utiliser l'ensemble des outils de conception et de validation développés par le CNES afin de fournir des produits fiables à leurs clients. Le CNES doit aussi mener des recherches dans le domaine des nanosatellites.

3. Les nanosatellites et picosatellites

Les nanosatellites sont encore plus légers. Le SNAP-1, conçu par la Surrey Satellite Technology Ltd., pèse seulement 8,5 kg, mais pourra remplir un nombre important de missions. La principale sera d'inspecter à distance, grâce à une minicaméra, d'autres vaisseaux spatiaux. En l'occurrence Tsinghua-1, microsatellite chinois de 49 kg avec lequel il a été lancé en juin 2000 par une fusée Cosmos. Ce rendez-vous implique des capacités de communication et de navigation (GPS embarqué) et de propulsion (chimique liquide), pour réaliser un vol en formation. Il est également équipé d'un second imageur d'observation terrestre et de moyens de communications large bande. Il fait appel à de nombreux composants du commerce, dont un processeur Strongarm à 220 MHz pour le calculateur de bord : sa durée de vie est d'au moins un an.

SNAP-1 a un diamètre et une hauteur de 330 mm et a été développé en neuf mois ! Les essaims de nanosatellites pourront être utilisés pour les télécommunications, la surveillance météorologique et la défense.

Les picosatellites ont des dimensions de l'ordre de 10 cm. Les techniques actuellement testées pour la mise au point des picosatellites ont pour vocation d'être utilisées pour la fabrication de nanosatellites.

Pour réaliser ces picosatellites, les ingénieurs américains de l'Aerospace Corporation, en collaboration avec les militaires de la Defence Advanced Research Project Agency, étudient les MEMS (micro-electro-mechanical systems), système « lilliputiens » qui combinent électronique et mécanique. A peine visibles à l'oeil nu, les MEMS peuvent accomplir de très nombreuses tâches : certains servent à mesurer la température ; les microgyroscopes et les microaccéléromètres fournissent des informations sur la trajectoire et la vitesse des picosatellites ; des microréacteurs permettent même de les orienter...

Deux picosatellites ont été placés en orbite avec succès l'an passé par ces équipes, et une communication a pu être établie entre eux et la Terre via l'antenne parabolique de 50 mètres de Menlo Park, en Californie.

* (10) Cf. Annexe n°3 : Les micro et minisatellites dans les pays en développement.

* (11) Extrait du document du Surrey Satellite Technology Ltd. : « Les satellites en développement au SSTL (2001-2003).