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21 Déc, 2023

Les satellites civils se mettent en orbite très basse

Les satellites civils se mettent en orbite très basse

La surveillance du climat et les télécommunications bénéficieront des orbites à 100 km

Le premier satellite commercial en orbite terrestre très basse (VLEO : Very Low-Earth Orbit) sera probablement lancé avant la fin du mois de décembre, en fonction de l’évolution de la situation chez China Aerospace Science and Industry Corporation (CASIC) et EOI Space. Ces deux sociétés affirment qu’elles sont à l’avant-garde d’une idée dépassant l’horizon qui amènera les satellites plus près de la terre que la constellation actuelle de satellites en orbite basse (LEO), qui connaît une croissance rapide.

La VLEO désigne les orbites comprises entre 100 et 300 ou 400 km (la définition exacte dépend de la personne à qui l’on s’adresse), contrairement à l’orbite terrestre basse, qui commence à 300 ou 400 km et s’étend jusqu’à 2 000 km. Les premiers satellites en VLEO ont été des satellites espions américains à courte durée de vie dans les années 1960 et 1970, qui larguaient leurs films pour les faire capturer par des avions en plein vol. Il est probable que leurs descendants continuent d’utiliser la VLEO.

En dehors du monde de l’espionnage, l’Agence spatiale européenne (ESA) a exploité un satellite en VLEO de 2009 à 2013, le satellite d’essai à très basse altitude de l’Agence japonaise d’exploration aérospatiale (JAXA) a établi un record pour l’orbite la plus basse en 2017, et l’Union européenne a fait voler un banc d’essai technologique en VLEO pendant neuf mois en 2021 et 2022. Jusqu’à présent, cependant, les entreprises n’avaient pas parié sur le fait que l’avenir des satellites inclurait des orbites très basses.

« Nous sommes convaincus que cette partie de l’espace sera très importante dans un avenir proche, tant pour les applications scientifiques que pour les applications commerciales.

-Stefanos Fasoulas, Université de Stuttgart

« L’industrie des télécommunications est très intéressée par la VLEO, en particulier pour sa faible latence », déclare Russell Hills, ingénieur en systèmes spatiaux chez Thales Alenia Space à Bristol, au Royaume-Uni. Il a participé à une étude qui a mis en évidence les avantages des satellites de télécommunications sur des orbites d’environ 250 km. « Il faut des milliers de satellites, ce qui aurait été ridicule il y a quelques années, mais ce n’est plus le cas aujourd’hui », explique-t-il.

La baisse des coûts de production et de lancement, qui a permis un nombre record de lancements orbitaux pendant trois ans, permet aux entreprises d’envisager d’énormes constellations de satellites VLEO.

Les satellites VLEO pourraient permettre aux scientifiques d’effectuer non seulement des mesures plus précises de la Terre, mais aussi de nouveaux types de mesures, comme la cartographie de la composition de l’atmosphère à leur altitude et de son évolution dans le temps. Les entreprises de télécommunications pourront transférer une partie de leur infrastructure cellulaire au sol et de leur infrastructure cellulaire émergente en orbite terrestre basse vers la VLEO. En outre, la VLEO émet moins de radiations nocives que les orbites plus élevées, ce qui permet d’utiliser des équipements moins coûteux, entre autres avantages.

Tous ces fruits de l’orbite très basse attirent l’attention des agences de recherche. L’agence américaine DARPA (Defense Advance Research Projects Agency) propose de financer la recherche sur les satellites VLEO dotés de technologies de propulsion « aérobie ». En octobre, l’ESA a lancé un appel à idées pour des applications VLEO.

Selon Space News, le CASIC prévoit 300 satellites de ce type d’ici 2030. Pour les maintenir en VLEO, il faudra des poussées presque continues des propulseurs, car la traînée atmosphérique fait sortir les satellites de la VLEO au bout de six mois à un an. L’année dernière, Thales Alenia Space a remporté un contrat de l’ESA pour développer un satellite VLEO dont la forme d’avion pourrait les aider à minimiser la traînée de l’atmosphère brumeuse à ces altitudes.

Le projet se concentrera également sur une nouvelle technologie de propulsion pour VLEO et sur des matériaux capables de résister à l’effet corrosif de l’oxygène atomique contenu dans VLEO, explique Stephen Mellor, chef de projet chez Thales Alenia Space.

« Nous sommes convaincus que cette partie de l’espace sera très importante dans un avenir proche, tant pour les applications scientifiques que pour les applications commerciales », déclare Stefanos Fasoulas, technologue de l’espace à l’université de Stuttgart, qui dirige un projet de recherche pluridisciplinaire sur les satellites VLEO, d’une durée de 12 ans. La collaboration comprend près d’une vingtaine de lignes de recherche fondamentale. « L’allongement de la durée de vie est la question primordiale », explique M. Fasoulas.

En effet, la NASA et ses partenaires ont choisi d’élever l’orbite de la Station spatiale internationale (ISS) d’environ 350 km à 400 km en raison de la traînée atmosphérique et des coûts de carburant liés à la stabilisation de son orbite. Pour les futurs petits satellites, les compromis peuvent être différents : il sera moins coûteux de les amener à la VLEO, ils nécessiteront moins d’énergie pour communiquer avec la surface et, lorsqu’ils atteindront la fin de leur vie utile, ils se consumeront plus rapidement, ce qui contribuera à réduire les déchets spatiaux et les risques qu’une cascade de collisions se propage vers l’extérieur, créant toujours plus de débris et empêchant un accès sûr à l’espace pendant des décennies, un problème appelé « syndrome de Kessler« .

Les entreprises spatiales qui visent très bas devront renforcer leurs engins spatiaux contre l’oxygène atomique de VLEO et mieux prévoir et gérer la traînée atmosphérique variable, qui varie d’une nuit à l’autre sur la même orbite, et qui varie selon des cycles plus lents en raison du rayonnement solaire. L’une des questions que les collaborateurs de Stephanos Fasoulas étudieront est de savoir comment contrer cette imprévisibilité.

D’autres chercheurs de son réseau étudieront la possibilité de capter une partie de l’atmosphère qui ralentit les satellites en orbite basse et de la convertir en carburant pour aider à maintenir ces satellites en altitude. Dans un premier temps, leurs recherches se dérouleront à la surface de la Terre, dans des souffleries, des superordinateurs et des laboratoires.

« L’une des questions clés est de savoir comment extrapoler des expériences au sol aux vols réels », explique Stephanos Fasoulas. Si le CASIC et l’EOI Space réussissent, les entreprises et les chercheurs pourraient bientôt avoir leurs premières réponses.

https://spectrum.ieee.org/vleo