Introduction et brève histoire des satellites et des satellites de communication

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Introduction et brève histoire des satellites

Un satellite est un objet qui fait pivoter un autre objet (appelé objet principal). Toutes les masses faisant partie du système solaire, y compris la Terre, sont des satellites du soleil ou des satellites de ces objets, tels que la lune. Il n’est pas toujours facile de décider quel satellite choisir. est dans quelques corps. Étant donné que tous les objets exercent une gravité, le mouvement de l'objet principal est également influencé par le satellite. Si la masse de deux objets est suffisamment similaire, ils sont généralement appelés système binaire au lieu d'objet principal et de satellite. Le critère général pour qu'un objet soit un satellite est que le centre de gravité des deux objets se trouve dans l'objet principal. Dans le langage courant, le terme & # 39; satellite & # 39; généralement à un satellite artificiel (un objet fabriqué en orbite autour de la Terre ou d'un autre corps).

En mai 1946, la conception préliminaire d'un engin spatial à rotation expérimentale indiquait: "On peut s'attendre à ce qu'un véhicule satellite doté de l'instrumentation adéquate soit l'un des instruments scientifiques les plus puissants du XXe siècle". Atteindre un vaisseau satellite aurait des répercussions similaires à l’explosion de la bombe atomique … "

L'ère spatiale a commencé en 1946, lorsque les scientifiques ont effectué des mesures dans la haute atmosphère à l'aide de fusées V-2 allemandes capturées. Avant cette période, les scientifiques utilisaient des ballons allant jusqu'à 30 km et des ondes radio pour étudier l'ionosphère. De 1946 à 1952, des recherches ont été menées dans la haute atmosphère avec des fusées V-2 et Aerobee. Cela a permis de mesurer la pression atmosphérique, la densité et la température jusqu'à 200 km. Les États-Unis envisageaient de lancer des satellites depuis 1945 sous l'égide de l'Office of Aeronautics ou de la US Navy. Le projet RAND de l'armée de l'air a finalement publié le rapport susmentionné, mais ne croyait pas que le satellite constituait une arme militaire potentielle. Auparavant, ils le considéraient comme un outil scientifique, politique et de propagande. Sous la pression de l'American Rocket Society, de la National Science Foundation et de l'Année géophysique internationale, l'intérêt militaire s'est accru et, au début de 1955, l'armée de l'air et la marine ont travaillé sur le projet Orbiter, utilisant une fusée Jupiter C pour créer un petit satellite. à lancer. nommé Explorer 1 le 31 janvier 1958.

Le 29 juillet 1955, la Maison Blanche a annoncé que les États-Unis souhaitaient lancer des satellites au printemps 1958. Ceci est devenu connu comme projet Vanguard. Le 31 juillet, les Soviétiques ont annoncé leur intention de lancer un satellite avant l'automne 1957 et le 4 octobre 1957, Spoutnik Ier a été lancé sur orbite, ce qui a conduit à la course à l'espace entre les deux nations.

Le plus grand satellite artificiel qui tourne actuellement autour de la Terre est la station spatiale internationale ISS, que l'on peut parfois voir à l'œil nu.

Types de satellites

· Satellites astronomiques: ce sont des satellites utilisés pour l'observation de planètes, galaxies et autres objets lointains dans l'espace.

· Satellites de communication: il s'agit de satellites artificielles stationnées dans l'espace à des fins de télécommunication utilisant des fréquences radio hyperfréquences. La plupart des satellites de communication utilisent des orbites géosynchrones ou presque géostationnaires, bien que certains systèmes récents utilisent des satellites à satellites bas.

· Les satellites d'observation de la Terre sont des satellites spécialement conçus pour observer la Terre depuis une orbite, similaires aux satellites de reconnaissance mais destinés à des fins non militaires telles que la surveillance de l'environnement, la météorologie, la cartographie, etc. (Voir notamment le système d'observation de la Terre.)

· Les satellites de navigation sont des satellites qui transmettent des signaux radio de l'heure afin de permettre aux récepteurs mobiles au sol de déterminer leur emplacement exact. La ligne de visée relativement dégagée entre les satellites et les récepteurs au sol, associée à une électronique de plus en plus perfectionnée, permet aux systèmes de navigation par satellite de déterminer la position en temps réel avec une précision de quelques mètres.

· Les satellites de reconnaissance sont des satellites d'observation de la Terre ou des satellites de communication utilisés pour des services militaires ou de renseignement. On sait peu de choses sur la puissance de ces satellites, car les gouvernements qui les utilisent gardent généralement des informations sur leurs satellites de reconnaissance.

· Les satellites à énergie solaire sont des satellites proposés, construits sur une orbite élevée autour de la Terre et utilisant la transmission à micro-ondes pour envoyer de l'énergie solaire à une très grande antenne terrestre, où elle peut être utilisée à la place des sources d'énergie conventionnelles.

Les stations spatiales sont des structures artificielles conçues pour permettre aux êtres humains de vivre dans l'espace. Une station spatiale se distingue des autres engins spatiaux habités en l’absence de grandes installations de propulsion ou d’atterrissage; au lieu de cela, d’autres véhicules sont utilisés pour le transport de et vers la station. Les stations spatiales sont conçues pour une durée de vie moyenne en orbite autour de la Terre pendant des semaines, des mois, voire des années.

· Les satellites météorologiques sont des satellites principalement utilisés pour surveiller la météo et / ou le climat de la Terre.

· Les satellites miniaturisés sont des satellites de poids exceptionnellement bas et de petites tailles. De nouvelles classifications sont utilisées pour classer ces satellites: mini-satellite (500-200 kg), micro-satellite (moins de 200 kg), nanosatellite (moins de 10 kg).

Types d'emplois

Plusieurs fois, les satellites sont caractérisés par leur orbite. Bien qu'un satellite puisse orbiter à presque n'importe quelle hauteur, les satellites sont généralement classés en fonction de leur hauteur:

· Orbite terrestre basse (LEO: 200 – 1200 km au-dessus de la surface de la Terre)

· Orbite de taille moyenne autour de la terre (ICO ou MEO: 1200 – 35286 km)

· Orbite géosynchrone (GEO: 35786 km au-dessus de la surface de la Terre) et orbite géostationnaire (orbite géosynchrone à zéro degré). Ces orbites revêtent une importance particulière pour les satellites de communication et seront examinées plus en détail ultérieurement.

· Orbite haute autour de la Terre (HEO: supérieure à 35786 km)

Les orbites suivantes sont des orbites spéciales qui servent également à classer les satellites:

· Cours Molniya: est une classe avec un cours très elliptique. Un satellite placé sur cette orbite passe le plus clair de son temps dans une zone désignée de la Terre, un phénomène connu sous le nom d'arrêt d'apogée. Les orbites de Molniya portent le nom d’une série de satellites de communication soviétiques / russes Molniya qui utilisent cette classe d’orbites depuis le milieu des années 1960.

Orbite héliosynchrone ou héliosynchrone: Une orbite héliosynchrone, ou plus souvent une orbite héliosynchrone, est une orbite dans laquelle un objet passe toujours au même point local de la surface de la Terre au même moment solaire local. C'est une fonctionnalité utile pour les satellites affichant la surface de la Terre en longueurs d'onde visibles ou infrarouges (par exemple, les satellites pour l'observation météorologique, l'espionnage et la distance).

· Orbite polaire: un satellite sur une orbite polaire passe au-dessus ou presque des deux pôles de la planète (ou de tout autre corps céleste) à chaque tour.

· Orbite de Hohmann: pour ce type d’orbite spécifique, il est plus courant d’identifier le satellite en tant qu’engin spatial. En technologie spatiale et technologie spatiale, la piste de convoyage Hohmann est une manœuvre orbitale qui déplace un engin spatial d’une piste à l’autre.

· Travail super synchrone ou en dérive: travail supérieur à GEO. Les satellites dériveront vers l'ouest.

· Orbite sous-synchrone ou orbite à dérive: travaux proches de GEO mais inférieurs à GEO. Utilisé pour les satellites subissant des changements de station dans une direction est.

Satellites de communication

Un satellite de communication (parfois abrégé en comsat) est un satellite artificiel stationné dans l’espace pour les télécommunications. Les satellites de communication modernes utilisent des orbites géosynchrones, des orbites de Molniya ou des environnements à orbite basse.

Pour les services fixes, les satellites de communication fournissent une technologie complémentaire à celle des câbles de communication sous-marins à fibres optiques. Pour les applications mobiles, telles que les communications avec les navires et les avions, les communications par satellite ne sont impraticables ou impossibles que si les moyens de communication utilisables sont utilisés en tant qu’application d’autres technologies, telles que le câble.

Premières missions: Arthur C. Clarke a écrit un article en 1945 sur l'origine de la communication par satellite. Il a suggéré qu'un satellite de relais radio sur une orbite équatoriale avec une période de 24 heures resterait stationnaire par rapport à la surface de la Terre et devienne utilisé pour les communications radio à longue distance, car il permettra de surmonter les limitations causées par la courbure de la terre. Sputnik 1, le premier satellite artificiel au monde (non communicant), a été lancé le 4 octobre 1957. La première communication par relais satellite était le Projet SCORE en 1958, utilisant un magnétophone pour stocker et transmettre des messages vocaux. envoyer. Il a été utilisé pour envoyer des voeux de Noël au monde du président Eisenhower. La NASA a lancé un satellite Echo en 1960. Ce ballon en Mylar aluminisé de 100 pieds a servi de réflecteur passif pour les communications radio. Le Courrier 1B (construit par Philco) a également été lancé en 1960 et était le premier satellite à répéteur actif au monde. Vous trouverez ci-dessous le détail des jalons de l’histoire de la communication par satellite:

· Herman Potocnik – décrit une station spatiale sur une orbite géosynchrone – 1928

· Arthur C. Clarke – propose une station à circulation géosynchrone pour la diffusion de communications et la télévision – 1945

· Projet SCORE – premier satellite de communication – 1958

· Echo I – premier satellite à réflecteur passif – août 1960

· Courier 1B – premier satellite à répéteur actif – octobre 1960

· Telstar – le premier satellite à relais direct actif conçu pour la transmission de télévision et les communications à haut débit. Telstar a été placé sur une orbite elliptique (une fois toutes les 2 heures et 37 minutes) et tourné à un angle de 45 ° au-dessus de l'équateur. Juillet 1962

· Syncom – premier satellite de communication en orbite géosynchrone. Une fois par jour, Syncom 2 gravitait autour de la Terre à une vitesse constante, mais du fait qu’elle avait encore des mouvements nord-sud, un équipement spécial était nécessaire pour la suivre. 1963

· OSCAR-III – premier satellite de radiocommunication d'amateur – mars 1965

· Molniya – premier satellite de communication soviétique à orbite très elliptique – octobre 1965

Early Bird – Premier satellite d’INTELSAT pour les services commerciaux – Avril 1965

· Orbita – le premier réseau de télévision national basé sur la télévision par satellite – novembre 1967

· Anik 1 – le premier système national de télévision par satellite, Canada – 1973

· Westar 1, premier satellite de communication géostationnaire des États-Unis – avril 1974

· Ekran – premier satellite de communication série Direct-To-Home TV 1976

· Palapa A1 – premier satellite de communication Indonésie – 8 juillet 1976

· TDRSS – le premier satellite conçu pour fournir des services de relais de communication à d'autres engins spatiaux. – 1983

· Mars Global Surveyor – premier satellite de communication en orbite autour d'une autre planète (Mars) – 1997

La sonde Cassini transmet à la Terre des images de la sonde Huygens qui atterrit sur la lune de Saturne, Titan, le plus long relais à ce jour. – 14 janvier 2005

Selon les besoins, les satellites de communication peuvent être placés dans différents types d’orbites. Nous discutons des types courants: –

(a) Satellites à orbite géostationnaire: un satellite placé sur une orbite géostationnaire semble se trouver dans une position fixe par rapport à un observateur sur Terre. Un satellite géostationnaire tourne autour de l'équateur à une vitesse constante une fois par jour. L'orbite géostationnaire est utile pour les applications de communication car les antennes au sol à diriger vers le satellite peuvent fonctionner efficacement sans nécessiter un équipement coûteux pour suivre le mouvement du satellite. Surtout pour les applications nécessitant un grand nombre d’antennes au sol (telles que la distribution télévisée directe), les économies sur les équipements au sol peuvent largement justifier les coûts supplémentaires et la complexité à bord d’un satellite situé sur une orbite géostationnaire relativement haute.

Le concept de satellite de communication géostationnaire a été proposé pour la première fois par Arthur C. Clarke, en s’appuyant sur les travaux de Konstantin Tsiolkovsky et sur ceux de Herman Potočnik (auteur de Herman Noordung) en 1929. Das Problem der Befahrung des Weltraums – Moteur der Raketen . En octobre 1945, Clarke publia un article intitulé "Relais extra-terrestres" dans le magazine britannique Wireless World. L'article décrivait les fondements du déploiement de satellites artificiels sur des orbites géostationnaires dans le but de transmettre des signaux radio. Arthur C. Clarke est souvent cité comme l'inventeur du satellite de communication.

Le premier satellite de communication géostationnaire était Anik 1, un satellite canadien lancé en 1972. Les États-Unis lancèrent ensuite leurs propres satellites de communication géostationnaires, Western Union lançant leur satellite Westar 1 en 1974 et RCA Americom (devenu GE Americom, devenu SES Americom). lancement de Satcom 1 en 1975.

C'était Satcom 1 qui était très important pour réussir les premières chaînes de télévision par câble telles que WTBS (maintenant TBS Superstation), HBO, CBN (maintenant ABC Family) et The Weather Channel, parce que ces chaînes diffusent leur programmation à toutes les stations principales de télévision par câble en utilisant le satellite. De plus, il s'agissait du premier satellite utilisé par des chaînes de télévision aux États-Unis, telles que ABC, NBC et CBS, pour distribuer leurs programmes à toutes leurs stations connectées locales. La raison pour laquelle Satcom 1 a été tellement utilisé est qu’il avait deux fois la capacité de communication de Westar 1 (24 transpondeurs par opposition à 12 sur Westar 1), ce qui a eu pour effet de réduire les coûts d’utilisation des transpondeurs.

En 2000, Hughes Space and Communications (maintenant Boeing Satellite Systems) avait construit près de 40% des satellites en service dans le monde. Parmi les autres fabricants de satellites majeurs figurent Space Systems / Loral, Lockheed Martin (propriétaire de l'ancienne société RCA Astro Electronics / GE Astro Space), Northrop Grumman, Alcatel Space et EADS Astrium.

(b) Satellites avec un corps terrestre bas: Une orbite basse autour de la Terre est généralement une orbite circulaire située à environ 150 kilomètres au-dessus de la surface de la Terre et, en conséquence, une période (temps nécessaire à l’orbite autour de la Terre) d’environ 90 minutes. En raison de leur faible altitude, ces satellites ne sont visibles que dans un rayon d'environ 1 000 kilomètres du point sous-satellite. De plus, les satellites en orbite terrestre basse changent rapidement de position par rapport à la position au sol. Ainsi, même pour les applications locales, un grand nombre de satellites est nécessaire si la mission nécessite une connectivité ininterrompue.

Les environnements en orbite terrestre basse coûtent moins cher dans l’espace que les satellites géostationnaires et, en raison de la force de leur signal, sont plus proches du sol. Il y a donc une interaction entre le nombre de satellites et leurs coûts. En outre, il existe des différences importantes dans les équipements de bord et dans les équipements au sol nécessaires pour appuyer les deux types de missions.

Un groupe de satellites qui travaillent ensemble est donc appelé constellation de satellites. Iridium et Globalstar sont deux de ces constellations destinées aux installations de téléphonie portative, principalement situées dans des régions éloignées. Le système Iridium dispose de 66 satellites. Une autre constellation de satellites LEO, avec le soutien de Paul Allen, entrepreneur en Microsoft, ne compterait pas moins de 720 satellites. Il est également possible d’offrir une couverture discontinue à l’aide d’un satellite en orbite basse capable de stocker les données reçues en traversant une partie de la Terre et en transmettant ultérieurement en passant une autre partie. C'est le cas du système CASCADE du satellite de communication canadien CASSIOPE.

(c) Satellites Molniya: comme indiqué, les satellites géostationnaires sont limités à une opération au-dessus de l'équateur. De ce fait, ils ne conviennent pas toujours pour la fourniture de services aux hautes latitudes: un satellite géostationnaire peut paraître bas à l’horizon (ou même au-dessous) à la plus haute altitude, ce qui peut affecter la connectivité et causer des trajets multiples (brouillage causé par des signaux provenant de refléter le sol sur l’antenne). Le premier satellite de la série Molniya a été lancé le 23 avril 1965 et a été utilisé pour la diffusion expérimentale du signal TV de la station de liaison montante de Moscou vers les stations de liaison descendante situées en Extrême-Orient russe à Khabarovsk, Magadan et Vladivostok. En novembre 1967, les ingénieurs soviétiques ont créé un système unique de réseaux de télévision nationaux pour la télévision par satellite, appelé Orbita, basé sur les satellites Molniya.

Les emplois de Molniya peuvent être une alternative intéressante dans de tels cas. La piste de Molniya est fortement inclinée et garantit une bonne hauteur par rapport à des positions choisies dans la partie nord de la piste. (La hauteur est la hauteur de la position du satellite au-dessus de l'horizon.) Ainsi, un satellite à l'horizon a une hauteur de zéro et un satellite directement au-dessus de l'horizon a une altitude de 90 degrés. De plus, l'orbite de Molniya est conçue pour que le satellite passe le plus clair de son temps sous les latitudes extrêmes septentrionales, période au cours de laquelle l'empreinte au sol ne se déplace que légèrement. La période est d'une demi-journée. Le satellite est donc disponible pour une utilisation sur la zone cible huit heures par seconde. De cette manière, une constellation de trois satellites Molniya (plus des pièces de rechange en orbite) peut fournir une couverture ininterrompue.

Les satellites Molniya sont principalement utilisés pour les services de téléphonie et de télévision en Russie. Une autre application consiste à les utiliser pour des systèmes de radio mobile (même à des latitudes plus basses), car les voitures qui traversent des zones urbaines doivent avoir accès à des satellites à haute altitude pour assurer une bonne connectivité, par exemple. en présence d'immeubles de grande hauteur.

Applications des satellites

(a) Téléphonie: l'une des applications les plus importantes d'un satellite de communication est la fourniture de services téléphoniques longue distance. La connectivité s'effectue principalement via un accès multiple par partage de fréquence (FDMA) ou un accès multiple par partage de temps (TDMA). Les abonnés au téléphone peuvent être connectés via un réseau de centraux, eux-mêmes connectés à des stations terriennes de satellites qui augmentent le trafic vers le satellite pour traitement ultérieur.

b) Télévision et radio: il existe deux types de satellites utilisés pour la télévision et la radio:

(i) Satellite de radiodiffusion directe (DBS): Un satellite de radiodiffusion directe est un satellite de communication qui diffuse de petites antennes paraboliques DBS (généralement de 18 "à 24" de diamètre). Les satellites de radiodiffusion directe fonctionnent généralement dans la partie supérieure de la bande Ku. La technologie DBS est utilisée pour les services de télévision par satellite à diffusion directe (DTH) tels que DirecTV et Dish Network aux États-Unis, ExpressVu au Canada et Sky Digital au Royaume-Uni.

(ii) Satellite de service fixe (FSS): utilise la bande C et les parties inférieures des bandes Ku. Ils sont généralement utilisés pour les flux de diffusion vers et depuis les réseaux de télévision et les canaux locaux connectés (tels que les programmes pour la programmation en réseau et souscrite, les enregistrements en direct et les backhauls), mais également pour l’apprentissage à distance par les écoles et les universités, la télévision d’entreprise, les vidéoconférences télécommunications commerciales. Les satellites FSS sont également utilisés pour distribuer des chaînes câblées nationales vers des en-têtes de télévision par câble. Les satellites du SFS diffèrent des satellites de radiodiffusion directe par satellite en ce qu'ils ont une puissance de sortie RF inférieure à celle-ci, ce qui signifie qu'une antenne beaucoup plus grande est nécessaire pour la réception (diamètre de 3 à 8 pieds pour la bande Ku et 12 pieds pour la bande C). La technologie par satellite FSS a également été utilisée à l'origine pour la télévision par satellite par satellite entre la fin des années 1970 et le début des années 90 aux États-Unis, sous la forme de récepteurs TVRO (Réception TéléVision uniquement) et de paraboles (également connues sous le nom de "big-dish", ou plus péjorativement connues). comme un grand plat moche, systèmes). Il était également utilisé sous forme de bande Ku pour la télévision par satellite Primestar, aujourd'hui disparue.

c) Technologies mobiles par satellite: initialement disponibles pour la radiodiffusion par des récepteurs de télévision fixes, des applications populaires de diffusion directe par mobile sont apparues en 2004 avec l’arrivée de deux systèmes de radio par satellite aux États-Unis: Sirius et XM Satellite Radio Holdings. Certains fabricants ont également introduit des antennes spéciales pour la réception mobile de téléviseurs DBS. En utilisant la technologie GPS comme référence, ces antennes sont automatiquement redirigées vers le satellite, quels que soient l’emplacement ou la manière dont le véhicule (sur lequel l’antenne est montée) est situé. Ces antennes satellites mobiles sont très appréciées par certains propriétaires de véhicules de loisirs. Ces antennes mobiles DBS sont également utilisées par JetBlue Airways pour DirecTV (fourni par LiveTV, une filiale de JetBlue), que les passagers peuvent visionner à bord sur des écrans LCD montés sur les sièges.

d) Radio amateur: les opérateurs de radio amateur ont accès aux satellites OSCAR spécialement conçus pour le transport des communications radio amateurs. La plupart de ces satellites fonctionnent comme des répéteurs spatiaux et sont généralement accessibles aux amateurs équipés d’équipements radio UHF ou VHF et d’antennes très focalisées telles que Yagis ou antennes paraboliques. En raison des limites des amateurs amateurs sur le terrain, la plupart des satellites amateurs sont lancés sur des orbites terrestres relativement basses et sont conçus pour gérer un nombre limité de contacts courts à la fois. Certains satellites offrent également des services de transmission de données utilisant le protocole X.25 ou des protocoles similaires.

Services à large bande par satellite: ces dernières années, la technologie de communication par satellite a été utilisée comme moyen de connexion à Internet via des connexions de données à large bande. Cela peut être très utile pour les utilisateurs qui souhaitent savoir qui se trouve dans des zones très éloignées et qui n’a pas accès à une connexion haut débit fixe ou à une connexion par ligne commutée.

Pays avec la possibilité de lancer des satellites

Cette liste contient les provinces avec une possibilité indépendante de placer des satellites en orbite, y compris la production du lanceur nécessaire. Beaucoup plus de pays ont construit des satellites qui ont été lancés avec l'aide d'autres. Les capacités françaises et britanniques sont désormais placées auprès de l'Union européenne dans le cadre de l'Agence spatiale européenne.

Premier lancement par pays

Pays Année du premier lancement Premier satellite

Russie 1957 "Spoutnik 1"

Etats-Unis 1958 "Explorer 1"

France 1965 "Astérix"

Japon 1970 "Osumi"

Chine 1970 "Dong Fang Hong I"

Royaume-Uni 1971 "Prospero X-3"

Union Européenne 1979 "Ariane 1"

Inde 1980 "Rohini"

Israël 1988 "Ofea 1"

Iran 2005 "Sina 1"

La Corée du Nord a affirmé en 1998 avoir lancé un satellite, mais cela n'a jamais été confirmé et était généralement considéré comme une couverture pour le lancement de la fusée Taepodong-1 au-dessus du Japon (voir Kwangmyongsong).


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