Kunstig satellitt

En kunstig satellitt er et menneskeskapt objekt som sendes ut i rommet ved hjelp av en bærerakett og kretser rundt en planet eller en naturlig satellitt som Månen . Den hastigheten som bærerraketten gir satellitten, gjør at den kan forbli praktisk talt ubegrenset i rommet ved å kretse om himmellegemet. Dette, definert i henhold til satellittens oppdrag, kan ta forskjellige former - sol - synkron , geostasjonær , elliptisk , sirkulær - og være plassert i mer eller mindre høye høyder , klassifisert som lav , middels eller høy bane .

Den første kunstige satellitten, Sputnik 1 , ble sjøsatt av Sovjetunionen i 1957. Siden den tid har mer enn 5500 kunstige satellitter blitt plassert i bane (2007). Satellitter spiller nå en viktig rolle både økonomisk ( telekommunikasjon , posisjonering , værvarsling ), militær ( etterretning ) og vitenskapelig ( astronomisk observasjon , mikrogravitasjon , jordobservasjon , oseanografi , høydemetri ). De har spesielt blitt viktige instrumenter for vår forståelse av det fysiske universet , modellering av klimaendringer og funksjon av informasjonen samfunnet .

En kunstig satellitt består av en nyttelast , spesielt definert for oppdraget som skal oppfylles, og en standardisert plattform som ofte gir støttefunksjoner som strømforsyning, fremdrift, termisk kontroll , opprettholdelse av retning og kommunikasjon. Satellitten overvåkes av et bakkekontrollsenter, som sender instruksjoner og samler inn dataene som samles inn gjennom et nettverk av jordstasjoner . For å oppfylle sitt oppdrag må satellitten forbli i en referansebane ved å orientere instrumentene sine nøyaktig: intervensjoner er nødvendige med jevne mellomrom for å korrigere de naturlige forstyrrelsene i banen som genereres, i tilfelle en jordbasert satellitt, av uregelmessighetene i tyngdekraften , innflytelsen fra solen og månen, så vel som luftmotstanden som skapes av atmosfæren som forblir i lav bane.

Den tekniske fremgangen gjør det nå mulig å sette tyngre satellitter (opptil seks og et halvt tonn for telekommunikasjonssatellitter) i bane, i stand til å oppfylle stadig mer sofistikerte oppdrag (vitenskapelige satellitter), med stor autonomi. Levetiden til en satellitt, som varierer avhengig av type oppdrag, kan nå femten år. Fremskritt innen elektronikk gjør det også mulig å designe mikrosatellitter som er i stand til å utføre sofistikerte oppdrag.

Bygging av satellitter gir opphav til en veldig spesialisert industri, men de mest komplekse instrumentene produseres fortsatt ofte av forskningslaboratorier . Utformingen av en satellitt, som er vanskelig å reprodusere når den ikke er en telekommunikasjonssatellitt, er en prosess som kan ta ti år når det gjelder en vitenskapelig satellitt. Produksjonskostnader som kan beløpe seg til flere hundre millioner euro og lanseringskostnader (i størrelsesorden 10 000 til 20 000 dollar per kilo) begrenser for tiden utviklingen av denne aktiviteten, bortsett fra den meget lønnsomme telekommunikasjonen for operatører, hovedsakelig subsidiert av offentlige budsjetter. .

Fysiske prinsipper

I bane

Et objekt startes fra overflaten av jorden beskriver en parabolsk bane som bringer det tilbake til bakken under påvirkning av tyngdekraften terrestriske ( tilfelle A på diagrammet ). Jo større starthastigheten til objektet er, jo lenger fallpunkt er ( tilfelle B ). Når en viss hastighet er nådd, faller objektet, men uten å nå bakken på grunn av jordens krumning ( tilfelle C ). For at gjenstanden skal beholde hastigheten på ubestemt tid, må den imidlertid bevege seg i et vakuum over atmosfæren , der det ikke utøves noen dragkraft (friksjon): i denne høyden, i samsvar med treghetsprinsippet , er faktisk ingen energi nødvendig for å opprettholde bevegelsen.

For at et objekt skal være i bane rundt jorden, må dets radiale hastighet i forhold til sentrum av jorden (injeksjonshastigheten) være 7700 meter per sekund for en sirkelbane rundt 200 km over jorden (under denne høyden er luftmotstanden for stor ). Hvis en høyere hastighet kommuniseres til en satellitt som reiser i samme høyde, blir bane elliptisk ( tilfelle D på diagrammet ): Punktet på ellipsen nærmest jorden er perigee og det lengste punktet er klimaks . Hvis hastigheten overstiger 11 km per sekund ( hylsteret E ), unnslipper det satellitt i bakke tiltrekning: det er den hastigheten for frigivelse av jorden at det er nødvendig å kommunisere til en romsonde , slik at det kan bli sendt til andre planeter i det Solsystem .

Den minimale kretsende hastighet er proporsjonal med tyngdekraft - og derfor til massen - av den himmellegeme rundt hvilken satellitt må bane: et objekt som tar av fra måne grunnen må en mye lavere horisontal hastighet for å være bane (4 ganger lavere enn for jord: 1,7 km / s ).

Forholdet mellom injeksjonshastighet og bane (apogee) for en perigee satt til 200 km

Perigee (km)	Injiseringshastighet (km / s)	Bemerke	Toppnådd (km)	Banetype
200	7,78	Minimum banehastighet	200	Lav (sirkulær 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	Slipp hastighet	Uendelig	Interplanetar

Keplers tre lover

Banen til en kunstig eller naturlig satellitt styres av de tre lovene formulert av Kepler som gjelder forskyvningen av et objekt som kretser rundt et himmellegeme:

Lov I : satellittens bane har form av en ellipse , hvor det ene av de to fokuspunktene er i sentrum av himmellegemet (for eksempel jorden) som det kretser rundt; en sirkelbane er et spesielt tilfelle av ellipsen der de to fokusene er slått sammen i midten av jorden. Formen på ellipsen kan defineres av:
- avstanden r p fra banepunktet nærmest jorden ( perigeen ) til sentrum av jorden,
- avstanden r a fra banepunktet lengst fra jorden ( apogen ) til sentrum av jorden.
Vi bruker generelt i stedet:
- halvaksen a definert av formelen 2 a = r p + r a ,
- eksentrisiteten e som definerer forlengelsen av ellipsen og kan beregnes med formelen e = 1 - r p / a . Det tar en verdi mellom 0 og 1: 0 tilsvarer en sirkulær bane og jo nærmere verdien er 1, desto lenger er bane;
Law II : satellitten beveger seg desto raskere jo nærmere himmellegemet; mer presist, den rette linjen som forbinder sentrum av himmellegemet til satellitten, sveiper alltid et likt område i et gitt tidsintervall;
Law III : kvadratet for satellittens rotasjonsperiode rundt himmellegemet varierer som kuben av lengden på ellipsens hovedakse. Hvis bane er sirkulær, er hovedaksen sirkelens radius.

Periode og banehastighet for en kunstig bakkenett

Keplers lover gjør det mulig å beregne revolusjonsperioden ut fra karakteristikken til bane , som er tidsintervallet mellom to påfølgende passeringer av en satellitt gjennom et punkt i bane, så vel som banehastigheten , som tilsvarer hastigheten på satellitten i forhold til sentrum av planeten (referanserammen som brukes holder en fast retning i rommet):

Banetype

Banetype	Apogee	Perigee	Periode	hastighets klimaks	Perigee- hastighet
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
Geostasjonær bane	35 786 km	35 786 km	23 t 56 min	3,1 km / s	3,1 km / s

P

omløpstid for satellitten (i sekunder)

P = 2 \ pi {\ sqrt {\ frac {a ^ {3}} {\ mu}}},

med ( standard gravitasjonsparameter for jorden)

{\ displaystyle \ mu = 398600, \! 4418 \; {\ mbox {km}} ^ {3} \ cdot {\ mbox {s}} ^ {- 2}}

for en elliptisk bane på 36.000 km (42.378 km apogee fra sentrum av jorden) over 200 km (6.578 km perigee fra sentrum av jorden), er halvaksen $a$ lik 24.478 km og perioden $P$ er omtrent 38.113 sekunder;
formelen fungerer også for en sirkulær bane, hvor $a$ erstattes av baneens radius. For en bane på 200 km er radien lik 6 578 km (avrundet) som gir en periodisitet på 5 310 sekunder eller omtrent 89 minutter;
perioden øker når bane stiger;
en satellitt i geostasjonær bane , det vil si en som ser ut til å forbli ubevegelig vertikalt over ekvator, har en periode lik 24 timer.

Hastighet på apogee og perigee

V_ {a} = {\ sqrt {\ mu \ cdot \ left ({\ frac {2} {r _ {{{\ rm {a}}}}}} - {\ frac {1} {a}} \ høyre)}}

for en elliptisk bane på 36.000 km med 200 km , $r$ a = 36.000 + 6.378 ( jordens radius ) km, og formelen beregner at farten på apogee er 1,59 km / s ;
formelen er den samme for perigee (vi erstatter $r$ a med $r$ p ). I ovennevnte tilfelle oppnås en hastighet på 10,24 km / s ;
for en sirkelbane er hastigheten konstant (vi erstatter $r$ a med baneens radius). For en bane på 200 km er farten lik 7,784 km / s ;
en satellitt i geostasjonær bane , det vil si en som ser ut til å forbli ubevegelig vertikalt over ekvator, har en hastighet på omtrent 3 km / s ;
denne hastigheten skal ikke forveksles med den som det er nødvendig å formidle satellitten for å nå sin bane: sistnevnte er delvis transformert til gravitasjonell potensiell energi .

Parametrene til satellittens bane

Seks parametere brukes til å gi posisjon og bane til en satellitt i rommet:

bane til en satellitt er et fly. Hvis vi ikke tar hensyn til de naturlige forstyrrelsene den utsettes for, og i fravær av satellittmanøvrer, er baneplanet festet i rommet . Dette planet kan defineres av to parametere: hellingen i og lengdegraden (eller høyre stigning) til den stigende noden ☊;
tre parametere - eksentrisiteten e og halv-hovedaksen a for ellipsen så vel som perigee-argumentet ω - gjør det mulig å beskrive banen i form av en ellipse i bane-planet;
en siste parameter gjør det mulig å lokalisere satellitten i sin bane: for eksempel er det mulig å ta tiden t har gått siden passasjen gjennom perigee.

Referanseplaner og linjer

Baneparametrene er definert i en referanseramme som består av flere plan og linjer:

jordens bane rundt solen er innskrevet i et plan, kalt ekliptikkplanet , som går gjennom Solens sentrum;
den planet av terrestrisk ekvator er det plan som forløper på breddegraden for ekvator;
ved vårjevndøgn, den 21. mars, krysser den jordbundne ekvatorens planet ekliptikkplanet langs en linje som kalles jevndøgnslinjen som går gjennom solen. Denne rette linjen som angir vernepunktet til uendelig, er festet i solsystemet;
en satellittbane krysser ekvatorplanet på to punkter kalt stigende node når satellitten passerer fra den sørlige halvkule til den nordlige halvkule og synkende knute . Linjen som forbinder de to punktene kalles linjen med noder .

Orientering av baneplanet

Den helling i i planet av banen for satellitten (mellom 0 og 180 grader) er den vinkel som planet av banen danner med planet for ekvator. Når i = 90 ° flyr satellittens bane over polene (polar bane); hvis i = 0, ligger banen til banen i ekvatorplanet. Banen sies å være direkte når jeg er mindre enn 90 ° og ellers retrograd.

Den lengdegrad av den oppstigende noden ☊ (eller rett oppstigning av den oppstigende noden) er vinkelen mellom retningen for den vernal punkt og linjen av nodene, i planet for ekliptiske. Hvis banen til banen faller sammen med jevndøgnlinjen, er lengden på den stigende noden null.

kjennetegn ved banen i baneplanet

I planet som er definert av de forrige parametrene, er banen beskrevet av tre parametere. Formen på ellipsen som satellitten går gjennom, er gitt av to opplysninger:

den halve hovedakse en , det vil si halvparten av den avstand som skiller perigeum fra apogeum ;
den eksentrisitet e av ellipsen beskrevet av satellitten. Hvis e = 0, har satellitten en sirkulær bane.

Det argument perigeum ω er vinkelen dannet av den linje av nodene og retningen av perigeum (den linje som passerer gjennom jorden og perigeum av banen for satellitten), i baneplanet. Den lengdegrad av perigeum er summen av lengdegraden for den oppstigende noden og argumentet av perigeum.

satellittens posisjon i sin bane

Satellittens posisjon på stien kan gis på to måter:

ved å spesifisere tiden t har gått siden den passerte gjennom perigee. t = 0 indikerer at satellitten er i sin perigee;
ved å indikere vinkelen v (kjent som den sanne anomali ) dannet av de rette linjene som går fra midten av jorden mot den ene siden perigee og på den annen side posisjonen til satellitten. ν = 0 ° indikerer at satellitten er i perigee.

De naturlige forstyrrelsene i bane

Banen til en kunstig satellitt rundt et himmellegeme er ikke helt stabil. Det er modifisert av flere naturfenomener hvis innflytelse varierer i henhold til himmellegemet og satellittens posisjon. Hvis det dreier seg om jorden, er de forstyrrende fenomenene i avtagende rekkefølge av innflytelse:

flatingen av himmellegemet ved polene og ekvatorialbuen;
andre uregelmessigheter i tyngdefeltet ;
atmosfærens motstand (i lav bane);
tiltrekningen av månen ;
tiltrekningen av solen ;
den strålingstrykk .

Flatingen av himmellegemet ved polene

Jorden har ikke en perfekt sfærisk form: polene er litt flate, mens ekvator har en bule. Disse deformasjonene induserer modifikasjoner av banen til banen. Denne bevegelsen, den nodale presesjonen , er desto viktigere ettersom banehellingen er forskjellig fra 90 ° og nær Jorden.

Denne forstyrrelsen, den viktigste som satellitten gjennomgår, endrer samtidig den rette oppstigningen av den stigende noden $Ω$ og argumentet til perigee $ω$ . For å opprettholde bane er det nødvendig å forbruke mye drivstoff. Også satellittene i lav bane, i stedet for å korrigere dem, utnytter enten modifikasjonene av baneindusert (satellitt i solsynkron bane ) eller er plassert i baner som har tilbøyeligheter der denne forstyrrelsen er null ( $i$ = 90 ° og 63 ° 26 ' ).

Andre uregelmessigheter i tyngdekraftsfeltet

Jordens gravitasjonsfelt presenterer andre uregelmessigheter enn de som skyldes deformasjoner ved polen og ved ekvator: de er knyttet til variasjoner i tetthet ( repletions ) av jordens underlag ( skorpe og kappe ). Disse er spesielt mange på Månen. For terrestriske satellitter ender variasjoner i tyngdefeltet med å forstyrre bane med en størrelsesorden som er mye mindre viktig enn på grunn av flatning av den jordiske kloden.

Motstand fra atmosfæren

Hvis himmellegemet som satellitten dreier seg om har en atmosfære ( Jorden , Mars , Venus ), utøver den en dragkraft proporsjonal med kvadratet til satellittens hastighet og atmosfærens tetthet: Satellittens hastighet reduseres gradvis. Hvis banen er elliptisk, er den første effekten av motstanden i atmosfæren å gjøre den sirkulær (apogen blir modifisert og perigee forblir uforanderlig), deretter senkes sirkelbanen gradvis. Satellitten ender med å bli ødelagt ved å komme inn i de tetteste lagene i atmosfæren. Når det gjelder en satellitt som dreier seg rundt jorden i en sirkulær bane, er dens gjennomsnittlige levetid lik (med tanke på virkningen av en gjennomsnittlig solvind beskrevet nedenfor):

noen dager for en bane på 200 km ;
noen uker på 300 km ;
noen år på 600 km ;
et århundre på 800 km (dette er banen til fjernmålesatellitter , som SPOT- familien );
flere århundrer på 1000 km (dette er banene til konstellasjoner av telekommunikasjonssatellitter, som Globalstar og Iridium );
en million år på 36.000 km (dette er de geostasjonære satellittene , eller de som avslutter deres operasjonelle tjeneste og er desorbert, mot en avfallsbane ).

Banen til kunstige satellitter som sirkulerer i lav bane holdes generelt over 300 km slik at levetiden ikke er for kort. For visse applikasjoner (intelligenssatellitt, vitenskapelig anvendelse) kan en lavere bane velges midlertidig eller permanent for å forbedre nøyaktigheten av observasjonen: satellitten må da bære en stor mengde drivstoff for å opprettholde denne bane ellers vil dens levetid være spesielt kort . De amerikanske KH-9- spioneringssatellittene som ble bygget på 1980-tallet kan dermed senke seg til en høyde på 118 km . Vi kan redusere drabingen av satellitter som kretser i lav høyde ved å gi dem en aerodynamisk form, som i tilfelle GOCE- satellitten som, for å avgrense vår kunnskap om tyngdefeltet, beveger seg i en sirkelbane på 250 km .

Den solar vind , noe som er en strøm av plasma består stort sett av ioner og elektroner slynges ut fra Solens øvre atmosfære, kan midlertidig øke luftmotstanden. Denne strømmen varierer i hastighet og temperatur over tid, avhengig av solaktivitet. Dette følger en 11-årig syklus. I solenergi bluss , oppvarming av ionosfæren bevirker de øvre lag av atmosfæren for å ekspandere oppover. Mellom 300 og 500 km kan tettheten multipliseres med 10: dragkraften øker i proporsjon, og noen satellitter kan miste mer enn 10 km på få dager. Disse effektene er spesielt plagsomme for jordobservasjonssatellitter som Spot, hvis posisjon må være kjent med stor presisjon.

Attraksjonen til månen og solen

De to stjernene har innflytelse på banen til en kunstig satellitt. Til tross for massen har solen en svakere innflytelse enn månen på grunn av avstanden. Jo høyere høyden på apogen er, desto større forstyrrelse: den er null for satellitter i lav bane og svak for geostasjonære satellitter.

Strålingstrykk

De fotoner som utsendes av solen utøve et svakt trykk - i størrelsesorden 10 -5 Pa rundt jorden - men fortsetter på objekter de støter på. Kraften som utøves er proporsjonal med den eksponerte overflaten (forekomsten og den reflekterende karakteren til den eksponerte overflaten påvirker denne kraften).

Typer bane av kunstige jordssatellitter

Banene til terrestriske satellitter kan ha mange former og retninger: noen er sirkulære eller tvert imot i form av en veldig langstrakt ellips. De kan være plassert i lav høyde like over jordens atmosfære (250 km ) eller overstige 30 000 km . Banen til en kunstig satellitt er valgt for å oppfylle oppdragets behov best. De fleste satellitter bruker en av følgende fire typer baner:

den geostasjonære (eller Clarke) banen er en sirkelbane i ekvatorplanet i en høyde på 35 786 km fra bakken ( baneens radius er derfor 42 164 km ). I denne høyden tilsvarer satellittens revolusjon nøyaktig jordens rotasjonsperiode, dvs. 23 timer, 56 minutter og 4 sekunder. Sett fra jorden virker en geostasjonær satellitt stasjonær på himmelen: den er den perfekte bane for telekommunikasjonssatellitter og for visse observasjonssatellitter (vær) som må dekke et fast område. Tre geostasjonære satellitter er tilstrekkelig for hele jordoverflaten. Plasseringen av en geostasjonær satellitt krever på grunn av høyden en kraftig bærerakett. For telekommunikasjon skaper avstanden krysset av et signal som passerer gjennom denne typen satellitt en forsinkelse som er merkbar av en bruker. Telekommunikasjonssatellitter som ikke følger denne typen bane kalles rullesatellitter;
den polare bane er en lav sirkulær bane (etter konvensjon mellom 300 og 1000 km høyde) hvis helning, nær 90 °, får den til å passere over eller nær polene. En satellitt i en polar bane passerer regelmessig over alle punkter på overflaten takket være jordens rotasjon. Polare baner er vanligvis solsynkrone baner : denne typen bane opprettholder en konstant vinkel med jord-solretningen, dvs. baneplanet roterer 360 ° per år. Solsynkrone baner gjør det mulig å alltid passere på samme lokale soltid over et gitt sted: identisk belysning av bildene som er tatt av stedet gjør det mulig å få fram endringene. Denne egenskapen gjør den til en ideell bane for jordobservasjonssatellitter. Rotasjonen av baneplanet gjøres naturlig ved å bruke baneforstyrrelser som genereres av flatingen av den jordiske kloden. Midt- / midnattbanen er et spesielt tilfelle av solsynkron bane der den faste soltiden for passering er rundt middagstid eller midnatt for ekvatoriale lengdegrader. Twilight-bane er på en lignende måte en solsynkron bane hvis faste soltid passerer sammen med soloppgang eller solnedgang;

den lave banen er plassert like over jordens atmosfære i en høyde der luftmotstanden ikke bremser for mye på satellittens hastighet (etter konvensjonen ligger den lave banen i en høyde på mindre enn 2000 km ). En rakett trenger mindre kraft for å plassere en satellitt i denne typen bane. Den brukes av vitenskapelige satellitter som utforsker det dype rommet. Hubble-teleskopet er for eksempel i en bane på 610 km . Amatørradiosatellitter og terrestrisk mobiltelefoni eller fjernmålingskonstellasjoner , som A-toget , finnes også i denne typen bane ;
middels bane kulminerer vanligvis i en høyde på 20.000 km med en periode på 12 timer. Banen utenfor jordens atmosfære er veldig stabil. Signaler sendt av satellitten kan mottas over en stor del av jordoverflaten. Dette er høyden som brukes til navigasjonssatellitter som GPS-systemet. Litt lenger nede, på 8 063 km , er konstellasjonen av O3b-satellitter planlagt for distribusjon av Internett;
den høye banen har en apogeum som er i en høyde høyere enn den geostasjonære banen. Den Russland bruker denne type bane for noen av sine kommunikasjonssatellitter: den bane molniya er karakterisert ved en meget eksentrisk bane med et høydepunkt på 40.000 km for en perigeum 500 km . Helningen på 63,4 ° gjør det mulig å unnslippe baneforstyrrelser som følge av utflatingen av kloden. Molnias bane gir 24-timers dekning av russisk territorium med en konstellasjon av tre satellitter. Denne banen brukes fordi Russland ikke kan skyte geostasjonære satellitter fra sine rombaser som alle ligger på for høye breddegrader, og geostasjonære satellitter ikke kan dekke brøkdelen av russisk territorium som ligger på en bredde større enn 81 °;
banene rundt Lagrange-punktene utgjør en egen kategori. Et Lagrange-punkt er en posisjon i rommet der gravitasjonsfeltene til to himmellegemer kombineres for å gi et likevektspunkt for en tredje kropp med ubetydelig masse, slik at de relative kroppsstillingene til de tre kroppene er faste. Earth-Sun-systemet har fem Lagrange-punkter, hvorav to (L 1 og L 2 ) ligger i relativt kort avstand fra jorden (1,5 millioner kilometer). En satellitt plassert på et av disse punktene trenger veldig lite energi for å holde seg stille og kontrollere orienteringen. L2, som ligger overfor solen fra jorden, gjør det mulig å observere fjerne stjerner uten å bli forstyrret av strølys. Flere romteleskoper har vært eller vil bli plassert i nærheten av L2, inkludert Planck og Herschel i 2009, Gaia i 2013 og James-Webb romteleskop i 2021.

Sporet på bakken

Den spor på bakken til en satellitt er projeksjonen på grunnlag av dets bane i henhold til en vertikal som passerer gjennom sentrum av den himmellegeme rundt hvilken den svinger. Dens form bestemmer delene av overflaten som er skannet av satellittinstrumenter og sporene for satellittens synlighet av jordstasjoner.

Tegningen av sporet skyldes både forskyvningen av satellitten i sin bane og fra jordens rotasjon. Sistnevnte forårsaker en deformasjon vest for banen sammenlignet med banen:

når bane er sirkulær, er deformasjonen desto større ettersom bane er høy. I det spesielle tilfellet med en geostasjonær satellitt reduseres sporet til et punkt;
en ikke-geostasjonær satellitt hvis bane er sirkulær og parallell med ekvator (helning = 0 °) vil ha et rett spor hvis lengde avhenger av høyden;
når banen er elliptisk, blir sporet spesielt forskjøvet hvis satellitten er nær sin perigee. Deformasjonen avtar når satellitten flyr over høye breddegrader for å bli null hvis den flyr over polene (null rotasjonshastighet på jorden på dette stedet);
hellingen i av banen bestemmer breddegradene sporene utvikler seg mellom: jo større hellingen er, desto større blir breddegradene feid av sporet;
en satellitt med en direkte bane krysser stadig mer østlige meridianer hvis øst-vest-komponenten av vinkelhastigheten er større enn 15 ° 2 '30' og i motsatt tilfelle (retrograd bane) krysser meridianer av mer og mer vestlig;
når det gjelder solsynkrone observasjonssatellitter, spiller denne forskyvningen av sporet en viktig rolle i å ta bilder, siden disse satellittene ofte er pålagt å observere samme sted med tette intervaller. Frekvensen for passering over et punkt på kloden er derfor et kjennetegn på satellittens bane. Spot-satellittene skanner altså de samme stedene hver femte dag.

Historisk

Forløperne

Den første omtale av et ansikt i den nye kunstige satellitten The Brick Moon til Edward Everett Hale (1869). Jules Verne fremkaller også denne ideen i Les 500 million de la Bégum (1879). I 1903 publiserte Constantine Tsiolkovsky (1857–1935) Исследование мировых пространств реактивными приборами (“Romforskning ved hjelp av jetmotorer”), som var det første vitenskapelige arbeidet for rakettoppskyting av rom. I denne boka indikerer han minimumshastigheten som en gjenstand må nå for at den skal plasseres i bane rundt jorden ( 8 km / s ) og anbefaler bruk av en flertrinns rakett med flytende drivmotorer.

I 1928 beskriver slovenske Herman Potočnik (1892–1929) i sitt unike arbeid Das Problem der Befahrung des Weltraums (“Problemet med romfart”) virkemidlene som skal implementeres for å gjøre det mulig for mennesket å slå seg ned permanent i rommet. Den beskriver hvordan romfartøy plassert i bane kan brukes til fredelige og militære observasjoner av jordoverflaten; det viser interessen for vektløshet for vitenskapelige eksperimenter. Boken beskriver driften av geostasjonære satellitter (først nevnt av Tsiolkovsky) og utforsker problemet med kommunikasjon mellom bakken og satellitter gjennom radio. Men boken nevner aldri bruken av satellitter til å videreformidle telekommunikasjon og som et kringkastingssystem.

I 1945 beskrev science fiction-forfatter Arthur C. Clarke (1917-2008) i detalj bruken av telekommunikasjonssatellitter for massekommunikasjon. Clarke gjennomgår de logistiske begrensningene ved en satellittoppskyting, mulige baner og andre aspekter ved å skape et nettverk av satellitter som dekker kloden, og fremhever fordelene med å ha et planetarisk telekommunikasjonssystem. Han foreslår også bruk av tre satellitter i geostasjonær bane, nok til å dekke hele planeten.

De første satellittene

Den første kunstige satellitten, Sputnik 1 , ble sjøsatt av Sovjetunionen den4. oktober 1957og er utgangspunktet for romløpet mellom Sovjetunionen og USA . Sputnik 2 , lansert den3. november 1957plasserer i bane for første gang en levende skapning, hunden Laïka . USA, hvis romfartsprogram er etter planen, plasserer sin første satellitt ( Explorer 1 ) i bane31. januar 1958. IJuni 1961, tre og et halvt år etter Sputnik 1, oppdager US Air Force nesten 115 satellitter som kretser rundt jorden. De første satellittene brukes til vitenskapelige studier. Variasjonene av banen til Sputnik 1 gjør det mulig å bedre forstå tettheten til de øvre atmosfæriske lagene.

Første satellitt satt i bane av en nasjonal bærerakett

Land	År lansering	Første satellitt (betydningen av navnet)
Sovjetunionen	1957	Sputnik 1 (følgesvenn)
forente stater	1958	Explorer 1 (utforsker)
Frankrike	1965	Asterix (tegneseriefigur)
Japan	1970	Ōsumi (navnet på en japansk provins)
Kina	1970	Dong Fang Hong I (rød orient)
Storbritannia	1971	Prospero X-3 (Shakespeare-karakter)
India	1980	Rohini (karakter fra hinduistisk mytologi )
Israel	1988	Ofeq 1 (horisont)
Ukraina	1992	Strela (pil)
Iran	2009	Omid 1 (håp)
Nord-Korea	2012	Kwangmyŏngsŏng 3 nummer 2
Sør-Korea	2013	STSAT-2C

Multiplikasjonen av applikasjonsfelt

Militære observasjonssatellitter dukket opp i begynnelsen av erobringen av verdensrommet: de er de amerikanske satellittene i Corona- serien (første lansering iJuni 1959) som gjør det mulig å observere russiske militære installasjoner som luftvernbatterier i økende grad beskytter mot spionfly. Veldig komplisert (bildene som blir tatt blir sendt til jorden i en kapsel som må gjenopprettes under flyging), det tar ikke mindre enn 20 lanseringer før du får den første vellykkede flyturen. Den første satellitten for tidlig varsling designet for å oppdage lanseringen av et strategisk missil er amerikanske Midas , hvis første vellykkede fly går tilbake tilMai 1960.

TIROS-1 , lansert den1 st april 1960, innvier satellitter for meteorologisk observasjon. Den amerikanske Landsat-1- satellitten , lansert den23. juli 1972, er den første satellitten tildelt jordobservasjon og nærmere bestemt til evaluering av kornavlinger. GEOS-3-satellitten, lansert den9. april 1975, innvier bruken av radar fra verdensrommet. Lansert den30. mai 1971, er Mariner 9- satellitten den første satellitten som går i bane rundt en annen planet ( Mars ). The Hubble Space Telescope , som ble lansert i 1990, er det første observatoriet av denne dimensjonen å bli satt i bane.

Telekommunikasjonssatellitter, den første kommersielle applikasjonen

I 1960 ble den første Echo- telekommunikasjonssatellitten plassert i lav bane. Det er en passiv satellitt som er fornøyd med å returnere signalene, i motsetning til Telstar 1 satt i bane 1962 som forsterker dem: for å motta signalet fra sistnevnte trenger du fortsatt en antenne på flere titalls meter. På den tiden var det bare USA som mestret teknologien for å lage et romtelekommunikasjonssystem. Intelsat- organisasjonen er opprettet for å gjøre amerikanske investeringer lønnsomme ved å tilby medlemmene den amerikanske tjenesten i bytte for deres bidrag. Early Bird- satellitten (1965), lansert på vegne av Intelsat, er den første telekommunikasjonssatellitten som plasseres i geostasjonær bane. Evnen til telekommunikasjonssatellitter i utgangspunktet begrenset til 300 telefon kretser, vil øke ved å utnytte fremskritt innen elektronikk kretser for å nå 200 000 på slutten av XX th århundre.

Symphonie- satellittene (1974-1975), frukten av det fransk-tyske samarbeidet , var de første telekommunikasjonssatellittene som ble produsert i Europa. Flere innovasjoner ble introdusert: tre- akses stabilisering i geostasjonær bane og bruk av et Biergol fremdriftssystem for geosynkron sirkuliseringsmanøver og stasjonsholding.

Internasjonale operatører ( Inmarsat tildelt maritim kommunikasjon, Intersputnik for østlige land), regionale ( Eutelsat , europeisk operatør, Arabsat, etc.), nasjonale og private ( Astra ) ble opprettet i årene 1970-1980 for å samle ressursene som er nødvendige for etableringen av dedikerte satellittnett mens Intelsat gir verdensomspennende dekning. Russland, handikappet både av breddegraden til utskytningsbaser og for en stor del av landet, adopterer ikke systemet med geostasjonære satellitter som har blitt utbredt, men setter opp et system basert på satellitter i sterkt elliptisk medium bane. I årene 1990-2000 økte lønnsomheten til aktiviteten, som diversifiserte (direkte TV, Internett, meldinger), kraftig: som et resultat ble internasjonale organisasjoner (Intelsat) og regionale (Eutelsat) gradvis privatisert mens de private operatørene multipliserte. Aktiviteten er en av sektorene som er mest berørt av internettboblen på slutten av 1990-tallet: Flere operatører setter opp konstellasjonsprosjekter (fra 10 til 70 satellitter ) i lav bane ( Iridium , Globalstar, etc.) for å starte, blant annet satellitt telefoni. Men lønnsomhet er ikke der, og prosjektene stoppes eller målene blir revidert nedover. Tre fjerdedeler av inntekten kommer i dag fra satellitt-TV, som blomstrer på alle kontinenter.

Bruksområder

Satellitter er av to typer. De fleste applikasjonssatellittene brukes til å støtte telekommunikasjon over store områder og observere jorden (observasjon, geo-posisjonering, fjernmåling, militær rekognosering). Tjenesten deres må ikke avbrytes, de krever permitteringer i bane og erstattes av nye generasjoner. Vitenskapelige satellitter har derimot et veldig bredt spekter av oppdrag som spenner fra studiet av romfartsmiljøet til det dype rommet med romteleskoper .

Fordelene med satellitt

Mye av det elektromagnetiske spekteret filtreres av jordens atmosfære og når ikke bakken; bare teleskoper montert på satellitter gjør det mulig å studere gamma- og røntgenstråler, som er rike på kosmologisk informasjon, men som absorberes fullstendig av ionosfæren . Noe ultrafiolett stråling blir snappet opp av ozon mens infrarød stråling absorberes av vanndamp og karbondioksid i atmosfæren. Innenfor synlig stråling er romteleskopet fritt for atmosfæriske forstyrrelser og lysforurensning som terrestriske teleskoper blir konfrontert med.

Satellitten er i en ideell posisjon for å observere jorden. Plassert på en passende bane, har den et observasjonsfelt som kan omfavne en hel jordisk halvkule; det kan også, med nyere instrumenter, gå ned til en oppløsning på noen få desimeter. Det er i stand til med jevne mellomrom å fotografere et område på jordoverflaten med metronomregelmessighet på samme soltid, noe som gjør det mulig å raskt markere endringene som har skjedd.

Innen telekommunikasjon kan en enkelt satellitt videresende mellom stasjoner spredt over et helt kontinent eller overføre fra sin enkle antenne-TV eller radiosending til alle individuelle mottakere i flere land: den erstatter en veldig kostbar tung jordbasert infrastruktur. Og utsatt for å være raskt rammet av teknisk foreldelse. Den økonomiske svikt i satellitt-telefoni , overmannet av utviklingen av GSM , viser at denne fordelen er ikke alltid avgjørende.

Til slutt er en satellitt den beste måten å studere forholdene i rommet: partikkelstrøm, elektriske og magnetiske felt.

Vitenskapelige satellitter

Vitenskapelige satellitter er satellittene som brukes til vitenskapelige studier fra verdensrommet . Vi finner i denne kategorien de første satellittene som Sputnik 1 hvis radioutslipp gjorde det mulig å studere de øvre atmosfæriske lagene. De første mursteinene i verdensrommet ble lagt på forespørsel fra forskerne som er opprinnelsen til de europeiske organisasjonene ELDO og ESRO .

Studiet av jorden og nær verdensrommet

Denne kategorien inneholder satellitter hvis oppdrag er relatert til geodesi (havnivå, av TOPEX / Poseidon ), geodynamikk (studie av platetektonikk ), modellering av biosfærens funksjon (som har blitt et viktig spørsmål innen rammen av teorien om global oppvarming ).

Grunnleggende fysikkforskning

Rom er også et ideelt sted for å verifisere visse fysiske teorier der tyngdekraften er involvert. Vi kan sitere verifiseringen av ekvivalensprinsippet av satellittene Mikroskop og STEP eller søket etter gravitasjonsbølger av ( Lisa ).

Astronomiske satellitter

De astronomiske satellittene , som er teleskoper i bane, kan observere det dype rommet med en oppløsning som overstiger den fra de kraftigste bakkebaserte observatoriene ( Hubble ). Hele det elektromagnetiske spekteret studeres i dag av romteleskoper: X-stråling ( XMM-Newton ), gamma ( INTEGRAL ), infrarød ( ISO-teleskop ). Slutten av 2000-tallet var fruktbar i nye instrumenter (for Europe Herschel , Planck ). Fraværet av en atmosfære tillater påvisning av eksoplaneter som ligger i ytre stjernesystemer ( CoRoT ).

Telekommunikasjonssatellitter

Telekommunikasjonssatellitter brukes til å overføre informasjon fra ett punkt til et annet på jorden, inkludert telefonkommunikasjon, dataoverføring (f.eks. Thuraya ), satellittkommunikasjon og TV-programmer. Det er det eneste området som genererer inntekter mye høyere enn utgiftene. Kundene er private selskaper eller tidligere privatiserte internasjonale organisasjoner som generelt har en flåte av satellitter i bane. Domenet er den største brukeren av den geostasjonære banen.

De viktigste flåtene av telekommunikasjonssatellitter er:

av Intelsat , som dekker alle land i verden for generell kommunikasjon;
av Inmarsat for maritim kommunikasjon;
av Eutelsat ( Hotbird , Atlantic Bird 3 , W1,2,3 osv. ) og SES eller European Satellite Company ( Astra 1 og 2 ), for Europa;
av Arabsat som siden 1980-tallet dekker alle landene i Arab League .

Såkalte direktesendingssatellitter har økt i løpet av de siste ti årene: De sender bunter med betalings- og krypterte kanaler, samt hundrevis av ukrypterte og gratis TV- og radiokanaler, som kan mottas på en antenne , for eksempel en satellitt fatet. , husholdnings liten størrelse (<60 cm ) og billig, takket være den høye sendeeffekten for kringkasting satellitter.

Observasjonssatellitter

Fjernmåling satellitter observerer Jorden, vitenskapelig (sjøtemperatur, snødekket, tørke, etc.), økonomiske (naturressurser, landbruk, osv) eller militære (viktig rolle i moderne kriger) formål, de er mer ofte referert til som navn av spioneringssatellitter). Observasjonsspekteret er stort: optisk, radar, infrarød, ultrafiolett, lytting til radiosignaler. Oppløsningen er for tiden mindre enn en meter for noen frekvensområder. Dette avhenger av teknologien som brukes, men også av satellittens høyde: god oppløsning krever en lav bane, vanligvis solsynkron, brukt for eksempel av jordobservasjonssatellittene i SPOT- familien . Den faste geostasjonære banen er å foretrekke for permanent sanntidsovervåking, som i tilfellet med verdens værovervåkningsprogram og dets familier av meteorologiske satellitter , inkludert den europeiske METEOSAT .

Radar satellitter kan analysere, ved interferometriske teknikker , variasjoner på noen få millimeter i visse strukturer. De er nyttige for å undersøke bevegelsene til kontinentale plater, spesielt før eller etter et jordskjelv , eller variasjoner i havisens tykkelse.

Posisjons- og navigasjonssatellitter

Disse satellittene gjør det mulig å kjenne objektenes posisjon på jordens overflate, i luften (fly, missiler) og i rommet. Eksempler: DORIS , det amerikanske GPS- systemet , det fremtidige europeiske Galileo- systemet, det russiske GLONASS-systemet eller det kinesiske COMPASS .

Også i denne kategorien er Argos mobile objektposisjoneringssystem, som dateres fra 1978 og bæres av amerikanske meteorologiske satellitter og den europeiske MetOp .

Militære satellitter

Militærets behov er opprinnelsen til de første observasjonssatellittene: allerede i 1959 utviklet USA og Sovjetunionen i sammenheng med den kalde krigen militære observasjonssatellitter, som ofte kalles og upassende " spioneringssatellitter " ( den første av disse var Discoverer-serien). De gjorde det mulig å observere fiendens militære ressurser i utilgjengelige områder. I dag bruker moderne konflikter omfattende bruk av det og kunne absolutt ikke unnvære det ved å bruke forskjellige typer militære satellitter:

de rekognosering satellitter (f.eks Helios ), som bruker optiske, infrarød, radarbilder for strategiske installasjoner (militære installasjoner, slagmarken ...). Disse satellittene, noen ganger utstyrt med eksepsjonell kapasitet (oppløsning på noen få centimeter, evne til å synke ned i lav høyde, masse på mer enn ti tonn) har bidratt til å være banebrytende for teknikkene som brukes i dag av sivile observasjonssatellitter;
De telekommunikasjonssatellitter benyttes til militære vanligvis krypterte forbindelser (for eksempel satellittprogrammet Syracuse );
de lytte satellittene til telekommunikasjon og radarsignaler distribusjon av antenner med en diameter kan nå mer enn 100 meter (Mentor American satellitter);
satellittovervåkningssatellitter ( RORSAT ) som lokaliserer krigsskip ved hjelp av radarutslipp;
den satellitt tidlig varsling utstyrt med infrarøde sensorer (serie av US satellitter DSP) for å detektere den varme som avgis ved lanseringen av en ballistisk missil ;
de navigasjonssatellitter som benyttes i militære operasjoner (GPS-systemet med en sivil / militær felles bruk) for nøyaktig føring av kryssermissiler , skjell og plassering av enheter av alle typer;
de værsatellitter tildelt militære oppdrag.

Studiet av andre himmellegemer i solsystemet

De mest avanserte romfartsorganisasjonene lanserte tidlig romfartøy for å utforske solsystemet ved hjelp av vitenskapelige instrumenter. Til å begynne med var disse romfarene bare i stand til en enkel flytur over planetene som ble studert fordi det kretser rundt en fjern himmellegeme krever navigering med stor presisjon og en mer eller mindre viktig masse drivmidler . Fremgang innen romteknologi og den økende kraften til bæreraketter har gjort det mulig å plassere noen av disse enhetene i bane først rundt Månen og nærliggende planeter ( Mars , Venus ), deretter fjernere himmellegemer ( Jupiter , Saturn , Vesta , Ceres ) eller vanskelig tilgjengelig, slik som kvikksølv dypt innebygd i solens gravitasjonsbrønn eller kometer og asteroider med uregelmessige gravitasjonsfelt. Ved å plassere seg selv i en for det meste polær bane kan romtesonden gjennomføre en langvarig studie av hele himmellegemet. Denne forskningen kan følges av et oppdrag å slippe en landingsutstyrstype (statisk) eller rover (mobil) på overflaten av himmellegemet for en in situ- studie .

Identitetskort til en satellitt

En satellitt består av to underenheter:

den nyttelast som innbefatter instrumentene er nødvendig for å fullføre oppdraget: antenner og forsterkere for en telekommunikasjons satellitt, optisk instrument for Earth observasjon, etc. ;
plattformen eller tjenestemodulen , som støtter nyttelasten og som gir den de ressursene den trenger for driften (strøm osv.), holder satellitten i sin bane i henhold til ønsket retning og sørger for forbindelsen til landstasjonene.

De viktigste egenskapene til en satellitt er nyttelast, masse, levetid, bane og plattform.

Nyttelast

Den nyttelast er den delen av satellitten ansvarlig for å utføre sitt oppdrag. Den varierer avhengig av satellittype og inkluderer spesielt:

transpondere for en telekommunikasjonssatellitt;
kamera eller radar for en observasjonssatellitt;
teleskop for en astronomisk observasjonssatellitt.

Masse

Massen til en satellitt er en av de viktigste kostnadsfaktorene: å skyte et kilo i lav bane koster mellom 10 000 og 30 000 amerikanske dollar per kilo, avhengig av bæreraketten (2004). Men innen telekommunikasjon har en tung satellitt større kapasitet - antall samtidige kommunikasjoner for en telekommunikasjonssatellitt, antall innebygde instrumenter for en vitenskapelig satellitt - og en lengre levetid takket være mer drivstoff. De mest massive satellittene er fjernmålesatellitter , i lav bane, som kan nå 20 tonn : militære ( KH-11 , 19,6 tonn ) eller sivile ( ENVISAT , 8 tonn ) rekognoseringssatellitter .

Den maksimale massen av satellitter (spesielt for den geostasjonære bane) var i lang tid begrenset av bærerakettene, og den økte gradvis for telekommunikasjonsbehov til 1990-tallet.

Avhengig av type oppdrag, kan fordelingen av masse være veldig forskjellig.

Eksempler på masseventilasjon av to satellitter

	Spot 4 observasjonssatellitt	Geostasjonær satellittlevetid 15 år
Plattform	1.100 kg	1.620 kg
Nyttelast	1.060 kg	660 kg
Total tørr masse	2 160 kg	2280 kg
Ergols	160 kg	2.780 kg
Messe ved lansering	2320 kg	5.060 kg

Miniatyriseringen av elektronikk gjør det nå mulig å designe komplette satellitter utstyrt med avanserte funksjoner som veier noen titalls kilo. Blant lyssatellittene skiller vi ut:

minisatellitter (eller minisat) som veier noen få hundre kilo, for eksempel Proteus- sektoren ;
mikrosatellitter (eller mikrosat) fra 10 til 100 kg . De brukes hovedsakelig til vitenskapelige eller observasjonsoppdrag ( PARASOL ) eller for å validere tekniske løsninger ( SMART-1 ). I form av en konstellasjon kan de oppfylle et oppdrag som normalt tildeles en satellitt i full størrelse ( Swarm ). En kommersiell operatør av meldings- og lokaliseringstjenester ( Orbcomm ) brukte en konstellasjon på 40 kg satellitter med blandet suksess på grunn av den begrensede kapasiteten til satellittene;
nanosatellitter som veier noen få kilo, hovedsakelig brukt som teknologiske demonstranter eller for begrensede vitenskapelige eksperimenter. Dette formatet er veldig populært blant universiteter.

Livstid

Levetiden til en satellitt er knyttet til typen oppdrag. En nylig telekommunikasjonssatellitt (for eksempel Hotbird 10 satt i bane tidlig i 2009) er bygget for å fungere i omtrent femten år, mens en observasjonssatellitt, i likhet med Spot-serien, er bygget for en levetid på 5 år. Slutten på satellittens levetid er ofte knyttet til utmattelsen av drivmidlene som gjør at den kan opprettholde sin bane på en nominell bane og orientere instrumentene. Annet sårbart utstyr er batterier som ved visse typer oppdrag kan tømmes ved gjentatte lade- / utladningssykluser og elektronikk. Driften av visse vitenskapelige satellitter (infrarødt teleskop, etc.) bruker flytende helium ombord for kjøling som, når den er oppbrukt, stopper instrumentet.

Feil kan også være årsaken til at satellittens drift helt eller delvis stenges. En studie utført på geostasjonære satellitter for perioden 1965-1990 identifiserer den totale feilen på 13 geostasjonære satellitter og 355 delvis feil. Disse feilene påvirker nyttelasten i 39% av tilfellene , 20% orienterings- og bane-kontrollsystemet, 9,6% fremdriften, 9,3% strømforsyningen og 9,2% av komponentene. Disse feilene skyldes utformingen (25%), miljøet (22%) eller til og med komponentene (16%).

Plattformen

Den plattformen ( bus i engelsk), eller tjenestemodul grupper sammen alle satellitt komponenter som tillater den å operere. Den relativt uforanderlige sammensetningen av plattformen gjør det mulig for de viktigste satellittprodusentene å tilby standardmodeller som tilsvarer de hyppigste oppdragene:

Hovedplattformer bygget i serie

Bygger	Navn	Nyttelastmasse	Total masse	Elektrisk energi	Banetype	Livstid	Spesielle egenskaper / merknader
Boeing	Boeing 601	48 eller 60 transpondere	2,5−4,5 t	4,8 kW 10 kW (HK)	geostasjonær / gjennomsnitt		Ionmotor (alternativ)
Boeing	Boeing 702		4,5-6,5 t	7-18 kW	geostasjonær	7 år	Jonisk motor
Astrium	Eurostar E2000 +	550 kg	3,4 t	4−7 kW	geostasjonær	12 år
Astrium	Eurostar E3000	1000 kg	4,8–6,4 t	> 16 kW (CU fra 4 til 14 kW )	geostasjonær	15 år gammel	Elektrisk fremdrift (alternativ)
OHB	Liten Geo	300 kg		3 kW	geostasjonær	15 år gammel	Elektrisk fremdrift
Thales Alenia Space (TAS)	Spacebus 3000		2,5–5,2 t		geostasjonær	15 år gammel
Thales Alenia Space	Spacebus 4000		4,0–5,9 t	opptil 15,8 kW (CU opptil 11,6 kW )	geostasjonær	15 år gammel
Astrium & TAS	Alphabus	1.300 kg	6,5 t	CU fra 13 til 18 kW	geostasjonær	15 år gammel	Elektrisk fremdrift
Astrium	AstroSat-1000		900 kg	1,4 kW	lav	7 år	Pleiader
CNES / TAS	Proteus		500 kg	0,5 kW	lav	5 år	Jason , CALIPSO , SMOS
CNES / Astrium-TAS	Myriade	80 kg		0,06 kW	lav	2 år	SPIRAL

En plattform har flere underenheter:

strukturen til satellitten;
energiproduksjonssystemet;
det termiske kontrollsystemet;
holdnings- og bane-kontrollsystemet (SCAO);
styring av den ombord som styrer driften av satellitten;
fremdriftssystemet.

Et fiendtlig romfartsmiljø

Utformingen av satellitter må ta hensyn til romfartsmiljøets dypt fiendtlige natur. Satellittene krysser i et nesten absolutt vakuum ( 10-9 Pa ). Ved dette trykket har overflateatomer av faste stoffer en tendens til å sublimere seg og mekanismene blir blokkert. Av smøremidler som er utviklet for å operere i vakuum, skal brukes. I vakuum kan termisk energi, produsert i overflod av satellittenes elektronikk, bare evakueres av stråling. Solbluss og kosmiske stråler genererer feil i databehandlingen av satellittenes elektronikk. Hvis satellittens bane får den til å passere gjennom Van Allen-beltene (tilfellet med geostasjonære satellitter eller i middels og høy bane), kan dette føre til nedbrytning av elektroniske komponenter, materialer og optiske instrumenter. Partikkelplasma skaper en risiko for at elektrostatisk utladning forårsaker svikt. Solstråling nedbryter gradvis silisiumet i solcellepaneler ved å redusere effektiviteten.

Satellittens struktur

Satellittens mekaniske styrke sikres av strukturen. Dette støtter de viktigste funksjonelle underenhetene til satellitten. Det gir også det mekaniske grensesnittet med bæreraketten.

Strukturen er dimensjonert for å takle de mekaniske påkjenningene som gjennomgår under drevet flytur. Lanseringen av bæreraketten genererer betydelige vibrasjoner som hovedsakelig kommer fra motorene og turbopumpene som overføres av rakettens kropp til satellitten og som varierer i frekvensbånd mellom 0 og 2000 hertz . Ved start nådde støyen 150 desibel under kappen som huser satellitten. Sistnevnte gjennomgår også akselerasjoner og retardasjoner som kan være spesielt sterke under separasjonen av trinnene, når kappen frigjøres, og på tidspunktet for separasjonen av bæreraketten og satellitten på grunn av bruken av pyrotekniske ladninger. Bortsett fra disse sporadiske sjokkene, finner den sterkeste akselerasjonen vanligvis sted i sluttfasen av motorflyging (opptil 4 eller 5 g ). Strukturen må være utformet for å motstå alle disse anstrengelsene mens den forblir lys.

Strukturen må være utformet på en slik måte at den begrenser deformasjonene som følge av de store temperaturforskjellene mellom de forskjellige delene av satellitten når den er plassert i bane: synsaksene til sensorene, antennene og instrumentene må forbli praktisk talt uforanderlige så at satellitten kan oppfylle sitt oppdrag nominelt. Dette kravet er spesielt viktig for romteleskoper (relativ posisjon til speil). For å oppfylle denne begrensningen er strukturen laget med materialer som har en lav ekspansjonskoeffisient, slik som karbonkompositter.

Energiproduksjon

Satellitten må ha elektrisk kraft for drift av nyttelast og plattform. Strømkravene varierer avhengig av størrelsen på satellittene og applikasjonstypen. De mest krevende er telekommunikasjonssatellitter, som bruker mye energi ved å forsterke de mottatte signalene. Observasjonssatellitter som bruker radar, krever også mye energi, men uregelmessig. Satellitter som bruker passive observasjonsinstrumenter (romteleskoper osv.) Er minst krevende, og den nødvendige effekten er mellom 1 og 15 kW (i 2009), en relativt lav verdi takket være bruken av sofistikert laveffektelektronikk.

Elektrisk kraft leveres vanligvis av solcellepaneler som bruker solenergi. For en satellitt som kretser rundt jorden, tar det i gjennomsnitt 40 m 2 solcellepaneler for å gi 10 kW (det totale spennet kan nå 40 meter ). Satellittens orientering i forhold til solen blir på grunn av sin bane kontinuerlig modifisert: solcellepanelene må derfor orienteres permanent slik at solstrålene treffer dem vinkelrett. Når satellitten er i geostasjonær eller solsynkron bane, trenger panelene bare å kunne rotere på en enkelt akse, men det kreves to frihetsgrader for de andre jordbanene.

Satellitten som kretser rundt jorden kan være på vei i jordens skyggekegle. Det sjeldne fenomenet for geostasjonære satellitter (to ganger i året ved jevndøgn ) representerer en tredjedel av reisetiden til en solsynkron satellitt. I mørkeperioder henter satellitten sin energi fra batterier som tilføres i den opplyste fasen. Hyppige utladninger av batterier fra satellitter i lav bane begrenser levetiden og utgjør en av hovedbegrensningene for levetiden til denne typen satellitter (vanligvis mindre enn 5 år).

For satellitter som kretser rundt en planet langt fra solen, blir bruken av solceller umulig. Elektrisitet produsert av kjernefysiske generatorer, slik som radioisotop termoelektriske generatorer (RTG) , brukes vanligvis . Dette er tilfelle på Cassini romføler , som har blitt en kunstig satellitt av planeten Saturn , the1 st juli 2004, strømmen leveres av tre RTG-er for å produsere minst 628 W etter 11 års oppdrag.

Det termiske kontrollsystemet

Det termiske kontrollsystemet må holde temperaturen på satellittkomponentene innenfor et verdiområde som ofte er nær det som er på jorden (rundt 20 ° C ). Satellitten utsettes for sterke termiske påkjenninger med temperaturforskjeller som kan nå 200 ° C mellom ansiktet opplyst av solen og ansiktene vendt mot rommet. Innebygd utstyr og instrumenter konverterer den elektriske energien de bruker til termisk energi som må evakueres. Et vakuum kan imidlertid ikke spre denne energien ved konveksjon av luften, og energien må derfor evakueres av stråling, en mindre effektiv kjøleprosess.

Vanligvis er satellitten pakket inn i flere isolerende lag av kapton eller mylar på en aluminiumsunderlag som veksler med materialer som silke , nomex eller dacron . Dette teppet reflekterer infrarød stråling og har lav varmeledningsevne . Utstyret som produserer mest varme installeres så langt som mulig på radiatorer som vender utover, som sprer varmen takket være deres høye emissivitet i infrarødt. Varmen produsert av utstyret som befinner seg inne i satellitten, evakueres av varmerør til radiatorer montert på ytterveggene til satellitten. Antenner og solcellepaneler er termisk beskyttet ved bruk av isolasjonsmaterialer og maling.

Når instrumentene og utstyret ikke fungerer, gjør oppvarmingsmotstander det mulig å holde temperaturen innenfor de foreskrevne områdene. Det kan være nødvendig å holde visse instrumenter ved en veldig lav temperatur: for eksempel må bolometrene ombord på Planck- romteleskopet holdes ved en temperatur på 0,1 kelvin .

Edge management

Den innebygde ledelsen kontrollerer driften av satellitten. Den samler følgende delsystemer:

telemetri, fjernkontroll;
satellittovervåking og kontroll;
databehandling.

Fjernkontroll- og telemetrisystemet tar seg av dialogen med bakken. Fjernkontrollfunksjonene (bakken ⇒ satellitt) mottar og dekoder instruksjonene eller dataene som sendes fra kontrollsenteret og sørger for at de distribueres til de andre delsystemene. Telemetrifunksjonene (satellittjord) samler inn satellittdata om satellittens drift, dataene fra instrumentene og overfører dem etter kompresjon til kontrollsenteret når stasjonene er synlige.

Flykontrollsystemet opprettholder satellittens bane og retning. Dette systemet er basert på programvare som bruker dataene fra forskjellige typer sensorer for å bestemme avvikene og korrigerer ved hjelp av aktuatorer (orientering) og generelt kjemiske motorer (bane). Blant de andre funksjonene som støttes av den innebygde ledelsen:

overvåke satellittdrift, oppdage mulige feil, utføre diagnostikk og aktivere løsninger;
verifisering av samsvar med termiske begrensninger;
tidssynkronisering av de forskjellige delsystemene;
utløsningen av planlagte oppgaver på nyttelastnivået (målrettet bildefotografering osv.).

Noen av disse funksjonene kan utføres enten fra bakkestasjoner eller overlates til satellittautomatisering.

Dataene som samles inn av instrumentene lagres i masseminner mens de venter på overføring til stasjonene når de flyr over en mottaksantenne. Intern satellittkommunikasjon utføres via en buss. Den overførte datastrømmen må beskyttes mot feil som kan være forårsaket av ladede partikler som bombarderer satellitten.

Framdriftssystemet Kjennetegn ved de viktigste fremdriftssystemene

Teknologi	Spesifikk impuls (er)	Thrust (newton)	Arbeidsplass
Kald gass	50-170	0,05-20	Bane og holdningskontroll
Fast drivmiddel	280-310	50-50000	Overfør manøver
Væske
Overopphetet hydrazin	280-300	0,05-0,5	Bane og holdningskontroll
Diergols	280-315	5-500	Overfør manøver, bane og holdningskontroll
Elektrisk
Elektrotermisk	450-600	0,1-0,2
Elektrostatisk	2500-3000	0,02	Bane og holdningskontroll
Plasma	1200-2500	0,01-0,1	Bane og holdningskontroll

Satellittdrivsystemet oppfyller flere oppdrag:

den overfører satellitten fra injeksjonsbanen til den endelige banen;
når det gjelder en satellitt som sendes mot en annen planet enn Jorden, kan fremdriftssystemet også gi injeksjon på en interplanetær bane.

Når satellitten er stasjonert:

det korrigerer endringene i bane som er forårsaket av naturlige forstyrrelser (luftmotstand, uregelmessigheter i tyngdefeltet, etc.);
den korrigerer satellittens holdning (retning) hvis den ikke opprettholdes av en annen enhet;
det tillater baneendringene som er planlagt som en del av oppdraget til visse vitenskapelige satellitter.

Med tanke på mangfoldet av rollene som fremføres, er det ofte to typer rakettmotorer på en satellitt: den ene, kraftigere, tar seg av de viktigste manøvrene, den andre mer presis, men av lavere trykk. Griper inn for fine korreksjoner. Videre inkluderer telekommunikasjonssatellitter generelt en apogee-motor, hvis eneste rolle er å gi en hastighet på 1500 m / s for å sirkulere banen i en høyde på 36.000 km under stasjonering.

Framdriftssystemets masse (drivmidler, thrustere, tanker osv.) Varierer veldig avhengig av satellittype. I en geostasjonær telekommunikasjonssatellitt med en levetid på 15 år kan vekten av drivmidlene (uten fremdriftssystemet i seg selv) representere mer enn 50% av massen til satellitten, mens de samme drivmidlene på en observasjonssatellitt som Spot 4 representerer omtrent 7 % av massen.

De nødvendige skyvedriftene varierer fra noen få millinewton (korrigerende handlinger) til noen få hundre newton (For ordens skyld tillater 1 N at en akselerasjon på 1 m / s 2 kan kommuniseres til en masse på 1 kg ) hvis overføringen til den endelige banen blir tatt. støttet av satellitt. Fire typer fremdrift eksisterer, preget av spesifikke impulser (den spesifikke impulsen måler effektiviteten til en rakettmotor: den gir i løpet av sekunder tiden hvor et kilo drivmiddel produserer en skyvekraft på en kilo kraft) og betydelig forskjellige trykk. Alle disse teknologiene er basert på materialutkast i høy hastighet:

den faste fremdriften gir viktige utbrudd. Dens bruk innen svake trykk er under utredning. Denne typen motor kan ikke startes på nytt. Den brukes utelukkende til injeksjon i den siste banen;
den fremdrift til flytende drivmiddel : forbrenning av en eller to drivmidler (diergols) genererer gasser som er utvist ved høy hastighet. Drivkraften som oppnås kan være svak eller relativt sterk og dekke alle behovene;
den kalde gasspropellen : en gass (vanligvis nitrogenet ) som er lagret i høytrykksbeholdere utvides og utvides med et trykk på opptil noen titalls Newton;
den elektriske fremdriften bruker elektrisk energi som vanligvis leveres av solcellepaneler. Drivkraften og impulsen er svak med verdier som avhenger av teknologien som brukes (elektrotermisk, elektrostatisk, plasma). Denne teknologien er i full utvikling fordi den gir vektøkning takket være bedre effektivitet.

Orienteringskontroll

For å kunne fungere riktig må satellittinstrumentene pekes kontinuerlig med god presisjon: telekommunikasjonssatellittene må rette sin sendeantenne mot en veldig presis del av bakken mens kameraene til observasjonssatellittene må ramme områdene til bli fotografert i instruksjonene: for instrumentene til en observasjonssatellitt fra Spot-serien som må pekes med en nøyaktighet på mindre enn 1 km og med tanke på dens høyde, mellom 500 og 1000 km , må satellittorienteringsfeilen være mindre enn 0,1 °. I tillegg, for å unngå forvrengning av det oppnådde bildet, må satellittens vinkelhastighet være mindre enn 0,005 ° / s .

Satellitten utsettes imidlertid for dreiemomenter som endrer orienteringen: naturlige fenomener (solstrålingstrykk, aerodynamisk trykk, dreiemomenter skapt av magnetfeltet eller terrestrisk gravitasjonsfelt osv.) Eller som skyldes forskyvninger av satellittmekanismer (instrument peker). For å motvirke endringer i orientering (eller holdning) er det flere metoder:

ved tyngdekraftsgradient : en masse er forbundet med en mast til satellitten; aksen som går gjennom masten er justert med satellitt-sentrum av jordretningen. Bevegelser rundt denne aksen er dempet under påvirkning av tyngdekraften. Dette passive systemet ble brukt av de første satellittene, men det blir neglisjert i dag av flertallet av dem fordi nøyaktigheten av orienteringen bare er noen få grader;
ved å rotere satellitten rundt aksen som bærer instrumentene (satellitten sies å være spunnet). Treghetsmomentet skapte begrensninger i endringer i orientering. Dette systemet brukes fremdeles spesielt av Meteosat-satellitter;
de tidligere systemene gjør det bare mulig å stabilisere retningen på to akser. 3-akset stabilisering er den mest brukte stabiliseringsmetoden i dag. Det er flere metoder. Den som er basert på et kinetisk hjul, brukes av geostasjonære satellitter. Det vanligste systemet bruker tre reaksjonshjul som er ordnet langs satellittens 3 akser og setter i gang takket være den elektriske energien som tilføres fra solcellepanelene. Ved å øke eller redusere hastigheten på hjulet forårsaker det en rotasjonsbevegelse i motsatt retning av satellitten, noe som gjør det mulig å korrigere en orienteringsfeil. Hvis korreksjonene alltid gjøres i samme retning, har hastigheten på hjulene en tendens til å øke. Det er da nødvendig å "desaturere" (det vil si sakte) hastigheten på svinghjulet, noe som kan gjøres ved hjelp av magnetstenger eller ved å bruke satellittens små thrustere. En siste metode består i å bruke sistnevnte, men drivstoffet som forbrukes for å holde satellitten i sin posisjon forkorter levetiden. Også denne løsningen kommer i tillegg når korreksjonen som skal gjøres er viktig, for eksempel etter en endring eller en korrigering av bane.
solstrålingstrykk brukes ofte for å begrense orienteringsendringer på telekommunikasjonssatellitter.

Disse manøvrene utløses når det oppdages endringer i retning som er større enn verdiene satt av kontrollsenteret. Orienteringen til satellitten bestemmes ved å summere alle vinkelforskyvningene målt av gyrometre plassert på de tre aksene siden den siste riktige orienteringen ble registrert. Gyrometre og akselerometre akkumulerer feil over tid (drift), og det er nødvendig å beregne satellittens posisjon og retning (avhengig av tilfelle med noen hundre sekunder, en gang per bane). Denne beregningen utføres ved hjelp av data levert av sensorer som bruker som en referanse, avhengig av satellitt, sentrum av jorden, solen eller de lyseste stjernene.

Livssyklus til en satellitt

Fra oppdragsdefinisjon til kvalifiseringstester

Satellitten produseres på forespørsel fra en kunde. Som ofte i et større prosjekt delegerer det til en klient som spesialiserer seg på oppgavene i designfasen, implementeringen og kvalifiseringen av satellitten. Implementeringen støttes av en prosjektleder som vil koordinere arbeidet til industrien og deltakende laboratorier; antallet deres kan være spesielt viktig når det gjelder en vitenskapelig satellitt utviklet i samarbeid av flere land (60 produsenter fra 14 land for jordobservasjonssatellitten ERS1 ).

Utviklingen av en satellitt, spesielt når oppdraget er vitenskapelig, kan være et langsiktig prosjekt. Dermed går starten på utformingen av de to europeiske sonder BepiColombo , som skal plasseres i bane rundt Merkur i 2020, tilbake til 2004 med en planlagt lansering i 2014. Det er likevel en tendens til å forkorte utviklingsfasene, spesielt for kommersielle satellitter som bruker standardkomponenter.

Spesifikasjonene

Å definere oppdraget er det første trinnet i utformingen av en satellitt. Oppdragskravene er definert av kunden: egenskaper ved nyttelast , levetid, tilgjengelighet / pålitelighet, hastighet på koblinger til bakken eller til og med kompatibilitet med eksisterende systemer. Begrensningene der prosjektet må falle, er også spesifisert: kostnad, fullføringstid, kapasiteten til bæreraketten hvis den er valgt på forhånd (tillatt masse, størrelse, servicenivå i bane) osv.

Spesifikasjonsfasen inkluderer flere trinn kodifisert i den europeiske standarden ECSS for design av romfartøy: mulighetsstudien som utforsker konseptene og foredler behovet, den foreløpige definisjonen som fikser arkitekturen og til slutt den detaljerte definisjonen som spesifiserer metoden. Kvalifisering og produsert de detaljerte spesifikasjonene for å starte produksjonen av flymodellen. Spesifikasjonene må ikke bare vedrøre egenskapene til satellitten, men også de som er nødvendig for bakkeutstyret for å sikre oppfølgingen av satellitten i stasjonen og for å samle inn data samt kjøreegenskapene til bæreraketten hvis dette ikke er pålagt. Kostnadene for bakkeinstallasjoner er langt fra ubetydelige: innen telekommunikasjonssatellitter ble kostnadene i 1997 fordelt på følgende måte: satellitter (26%), sjøsetting (21%), bakkeinstallasjoner (15%) og tjenester (38%) (kanalutleie og dataoverføring).

Når det gjelder en vitenskapelig satellitt, følger disse trinnene ofte med et utvalg som har som mål å velge mellom flere forslag, prosjektet eller prosjektene som best oppfyller kriteriene og begrensningene definert av en utvalgskomite: vitenskapelig bidrag, kostnad, gjennomførbarhet, risiko , etc. Når det gjelder planlegging, kommer den største begrensningen generelt fra utformingen av nyttelasten, spesielt for vitenskapelige satellitter. På den annen side forenkles prosessen når satellitten er en del av en serie (for eksempel Spot).

Prestasjonen

Et variabelt antall modeller mer eller mindre nær den endelige modellen produseres før den operasjonelle satellitten (MV flight model) for å validere spesifikasjonene: strukturell og termisk modell (MSTH), engineering og kvalifiseringsmodell (MIQ) ... Modellen mellomliggende hvis den er en ekte kopi av flymodellen, kan tjene som erstatningsmodell (MR) i tilfelle satellittfeil eller lanseres for å sikre videreføring av oppdraget på slutten av flymodellens levetid. På grunn av produksjonen av mellommodeller overlapper spesifikasjons- og produksjonsfasene delvis.

Montering, integrering og testing (AIT)

Ofte utføres nyttelasten og plattformen to forskjellige steder. En satellitt omfatter derfor en viktig teknisk aktivitet: møtet med de to modulene ( parring på engelsk), innenfor et sett med monterings- , integrasjons- og testoperasjoner (AIT).

Å bygge en satellitt i en industrispesialist i denne disiplinen, krever svært komplekse midler, dyre og ofte spektakulære: rene rom store, løft betyr å respektere de aktuelle forholdene for renslighet, elektroniske kontrollstativ som muliggjør '' forsyning av satellitten og simulering betyr umulig å implementere simulering av solen, satellittforstyrrelser, radioelektriske felt osv.).

De spesifikke testene vedrører hovedsakelig:

integrasjonstester (validering av grensesnitt );
lav frekvens vibrasjonstester på en vibrerende pot;
motstand mot støy under lansering, med test i et akustisk etterklangskammer;
vakuum-termiske tester for å simulere driften av satellitten under romforhold;
målinger av radioytelse i et anekoisk kammer ;
spesielle mekaniske tester som vektløshet for solgeneratorer og antennereflektorer;
funksjonstester beregnet på å verifisere at den testede delen oppfyller sin oppgave i alle tilfeller definert i spesifikasjonene, og som krever mekanisk, elektrisk og elektronisk utstyr som er spesifikt for funksjonskontroller (MGSE, EGSE) og utvikling av tilhørende programvare .

Testene er desto grundigere siden vedlikehold i bane ikke er mulig, både av økonomiske og tekniske årsaker. Videre er en erstatningssatellitt veldig dyr, og lanseringen er ikke øyeblikkelig. Testene utføres på mellommodeller og muligens flymodellen på forskjellige nivåer: komponent (f.eks. Teleskop), delsystem (f.eks. Bane- og holdningskontrollsystem) og satellitt.

Start

Valg av bærerakett

Valget av en bærerakett foretas vanligvis av eieren av satellitten.

En hel rekke kommersielle bæreraketter er tilgjengelig på markedet med forskjellige lanseringskapasiteter og varierende grad av pålitelighet. Siden en satellitt må kunne tilpasse seg forskjellige bæreraketter, krever kommersiell konkurranseevne, er standard satellitt / lanseringsgrensesnitt definert. Dermed er telekommunikasjonssatellitter, som representerer de største på markedet, generelt kompatible med den europeiske Ariadne , den amerikanske deltaet , den russiske protonen og Soyuz , den kinesiske Long March , den ukrainske Zenith .

Priskrig eksisterer også mellom lanseringsoperatører, noe som fører til noen ganger merkbare forskjeller. For eksempel, for utsendelse av satellitt (er) til den geostasjonære overføringsbanen, kan disse prisene variere fra 13 til 18 k € / kg satellitt.

Lanseringskampanjen

Satellittlanseringskampanjen inkluderer:

klargjøring av satellitten og installasjonen av den på bæreraketten;
lansering og injeksjon i en ofte midlertidig bane;
posisjonering av satellitten som kan kreve flere motorbranner for å tillate satellitten å nå sin endelige bane.

Forbereder satellitten

Når kvalifiseringen av satellitten er fullført av produsenten, transporteres satellitten til lanseringsstedet for installasjon på bæreraketten. Overføringen skjer minst en måned før planlagt lanseringsdato, slik at alle forberedelsesoppgaver kan utføres:

etter utpakking er satellitten installert i et dedikert rent rom beskyttet mot biologisk forurensning.
om nødvendig settes de siste komponentene i satellitten sammen; elektriske og mekaniske tester (utplassering av solcellepaneler osv.) utføres for å sikre at de forskjellige delsystemene fungerer korrekt. De elektriske batteriene er installert eller ladet opp;
drivstoffene fyller opp satellittens drivstofftanker som ikke kan lagres: disse ofte svært giftige drivstoffene krever svært grundige beskyttelses- og sikkerhetsinnretninger;
satellitten blir deretter transportert til monteringstårnet. Der er den installert på toppen av raketten muligens med andre satellitter (dobbel oppskyting eller mer). Hetten er på plass;
like før lanseringsdatoen blir den komplette raketten fraktet til skyteplassen

Starten Betingelsene for bane

Den breddegrad av utskytningsbanen har en betydelig innvirkning på den bane som kan nås ved hjelp av en satellitt:

en satellitt kan ikke sendes direkte inn i en bane som har en tilbøyelighet mindre enn breddegraden til startrommet. Således, fra Baikonur- basen (breddegrad = 45 °), kan en satellitt ikke nå den geostasjonære banen (helning = 0 °): det er derfor nødvendig etter en bane å endre hellingen til banen for banen med 45 °. Endringer i baneplanets helling er imidlertid spesielt kostbare når det gjelder drivstoff fordi satellitten i bane oppfører seg som et roterende gyroskop: det er derfor nødvendig å gi en ekstra hastighet på 3600 m / s til en satellitt for å endre dens plan av bane på 30 °;
når lanseringen er øst, gir jordens rotasjon ekstra fart til bæreraketten og satellitten. Forsterkningen i hastighet avhenger av breddegraden: den er maksimum på nivået til ekvator ( 465 m / s ) og null på polene.

Av disse to grunnene er oppskytningsbasene i nærheten av ekvator en fordel: de har et virtuelt monopol på geostasjonære satellittoppskytninger og gir mer kraft til rakettene sammenlignet med en oppskyting fra rombaser lokalisert på høyere breddegrader. Nordlige (ved opprinnelsen av beslutningen om å skyte opp Soyuz-raketter fra Kourou-rombasen ).

Launcheren plasserer satellitten i en innledende bane som avhenger av flere parametere:

hellingen i av bane bestemmes av azimut Az av bæreraketten ved slutten av den fremdrevne fasen og breddegraden l : cos (i) = sin (Az) × cos (l);
lengden på den stigende noden ☊ avhenger av lanseringstid og lengdegrad ;
argumentet til perigee ω som bestemmer perigees posisjon i bane avhenger av plasseringen av injeksjonspunktet og av den vertikale komponenten av hastigheten (i forhold til bakken). Injeksjonspunktet er plassert ved stoppet til bæreraketten: det tilsvarer starten på satellittens bane i sin bane. Hvis hastighetens vertikale komponent er null ved injeksjonspunktet, smelter perigee med injeksjonspunktet.

Lanseringstiden er derfor en ofte viktig faktor. For noen solsynkrone satellitter reduseres lanseringsvinduet til noen få minutter per dag. Andre kriterier kan tas i betraktning, særlig solens posisjon når satellitten begynner sin bane: dette har en effekt på sensorene som styrer orienteringskontrollen og på belysningen av solcellepanelene.

Når en satellitt må settes i bane rundt en annen planet, er det nødvendig å ta hensyn til de relative posisjonene til jorden og målplaneten. Av kostnadshensyn er disse satellittene generelt designet for å bære en mengde drivstoff som tilsvarer mest gunstige konfigurasjoner. Disse kan bare vises med eksterne tidsintervaller (omtrent åtte måneder hvert annet år i mars ). Satellittens produksjonsplan tar åpenbart hensyn til skytevinduet, men etter forsinkelser i utvikling eller problemer med bæreraketten har det skjedd at skytevinduet har blitt savnet, og lanseringen har blitt utsatt i flere måneder. Om ikke flere år.

Setter i bane

Avhengig av type bane plasserer bæreraketten satellitten umiddelbart i sin endelige bane (satellitter i lav bane) eller i en vente- eller overføringsbane (geostasjonær satellitt, etc.). Lanseringen etter å ta av tar en azimut slik at hastighetsvektoren kommer så nært som mulig bane-planet når bærerakettens motorer er slått av. Dekselet frigjøres så snart det aerodynamiske trykket kan støttes av nyttelasten (mellom 100 og 150 km høyde). Når bæreraketten slår seg av, begynner satellitten sin første bane: dette er injeksjonspunktet. Hvis banehastigheten ikke oppnås etter en delvis svikt i bæreraketten, utfører satellitten en ballistisk flukt og faller tilbake til bakken. Hvis den vertikale komponenten av hastigheten i forhold til bakken er null ved injeksjonspunktet, smelter sistnevnte sammen med baneens perigee, ellers er perigeen i lavere høyde. Det er alltid små avvik fra målbanen (dispersjonene) som korrigeres under den endelige innstillingen.

Før lanseringen endrer bæreraketten sin orientering i samsvar med satellittens behov. Bæreskytteren gir en mer eller mindre viktig rotasjonshastighet til satellitten for å gi den en viss stabilitet. Satellitten skiller seg deretter fra bæreraketten. Lanseringsprogrammet kan gjenta denne operasjonen flere ganger hvis det er en flerlansering. Den frigjorte satellitten tar solpanelene i bruk ved å distribuere dem om nødvendig (manøvrere noen ganger en feilkilde). Den bruker sensorene til å definere sin orientering i rommet og korrigerer dette ved hjelp av holdningsmotorer for å peke solcellepanelene og instrumentene i riktig retning.

Innlegg

Når satellitten har startet sin baneflyging , kan det være nødvendig med forskjellige manøvrer for å sette satellitten i sin endelige bane. Disse er hovedsakelig:

en endring i baneformen (endring i baneens eksentrisitet) eller en endring i bane (geostasjonær bane);
en endring i baneplanet, spesielt en endring i hellingen;
fine justeringer av satellittens bane og retning slik at satellitten kan utføre sitt oppdrag nominelt.

Modifikasjonene av baneformen utføres så langt som mulig når satellitten er på høydepunktet: det er punktet i bane hvor hastigheten er lavest, og der endringene som skal gjøres til denne hastigheten er de laveste og forbruker minst drivmiddel. I tilfelle av en geostasjonær bane, blir satellitten injisert av moderne bæreraketter i en sterkt elliptisk bane hvis apogee ligger i målhøyden på (36.000 km ): når satellitten når sin apogee, har den en hastighet på ca. 1,5 km / s . Banen sirkuleres deretter ved å gi en hastighet på 1500 m / s i en retning som tangerer målbanen takket være satellittens apogee-motor. Når satellitten må være plassert i en lav bane, sprøyter bæreraketten vanligvis satellitten direkte i målbanen, og sistnevnte trenger bare å gjøre fine justeringer med motorene.

Sjekker når du legger ut

For en geostasjonær bane er stasjoneringsoperasjonen lang og kompleks. De blir utført av et spesialisert kontrollsenter med informasjon på satellitten, så snart bæreraketten er skilt, uavhengig av sin posisjon rundt Jorden, fra et sporingsnettverk som består av store antenner spredt over forskjellige kontinenter, og spesialprogramvare for disse manøvrene.

Det er få sentre som kan utføre disse manøvrene. De tilhører generelt romfartsorganisasjoner, inkludert for Europa: ESA , fra European Space Operations Center (ESOC) i Darmstadt ; og CNES (hvis kontrollsenter er i Toulouse Space Center (CST), men også til noen få store telekommunikasjonssatellittoperatører, inkludert Eutelsat . Noen produsenter av telekommunikasjonssatellitter - dette er tilfelle, spesielt for Thales Alenia Space som har en slik sentrum i Cannes - ha sitt eget senter og ta seg av denne stasjoneringen på vegne av sine kunder til satellitten blir overtatt av den og dens egen kontrollstasjon.

Ledelse i driftsfasen

Driften av satellittene er i stor grad automatisert, men visse vedlikeholds- eller oppdragsrelaterte oppgaver må utføres på en måte som er plassert på bakken (bakkesegment). Hovedoppgavene som utføres fra bakken er:

overvåking av driftsparametere;
korreksjon av anomalier;
kontroll og korreksjon av parametrene til banen
sende instruksjoner til nyttelasten;
innsamling og behandling av data samlet inn av nyttelasten.

Bakgrunnsressurser

Bakgrunnsressursene inkluderer kontrollsenteret, nettverket av bakkestasjoner og, for visse oppdrag (Spot, Weather, etc.), sentre for innsamling og behandling av data samlet av satellittnyttelasten. Kontrollsenteret sørger generelt for overvåking og kontroll av flere satellitter: Kontrollsenteret til den europeiske romfartsorganisasjonen i Darmstadt ( Tyskland ) er således ansvarlig for alle satellitter og romprober i aktivitet som ble lansert av byrået (ca. 20 i 2006). For å kommunisere med satellittene bruker kontrollsenteret et nettverk av store parabolantenner: ESA har dermed sitt eget nettverk av bakkestasjoner, ESTRACK ( European Space Tracking ), spredt over ti steder som gir god dekning for de hyppigste banene og supplert for visse oppdrag av antenner som tilhører andre organisasjoner. Disse stasjonene gjør det mulig å motta driftsparametere, sende data og instruksjoner, motta data overført av nyttelasten (bilder fra observasjonssatellitter, målinger fra vitenskapelige satellitter) og nøyaktig kontrollere banen.

Telekommunikasjonssatellittoperatører har egne kontrollsentre for overvåking av satellitten (e). Disse sentrene er noen ganger bygget av satellittprodusenten som en del av "totalleveranser".

Overvåking av driftsparametere og korreksjon av uregelmessigheter

Satellitten måler automatisk mange parametere (elektrisk spenning, temperatur, trykk i tankene osv.), Slik at bakkekontroll kan sikre at den fungerer riktig. Hvis verdien av en av disse telemetriene ( fjernmåling ) går utenfor de forhåndsdefinerte områdene, varsles kontrolleren. Etter analyse av virkningen og studien av løsningene, sender den, om nødvendig og teknisk mulig, instruksjoner for å gjenopprette funksjonen til den defekte komponenten til normal eller for å avhjelpe feilen: For dette formålet blir mange enheter om bord på satellittene doblet eller tredoblet for å kompensere for manglende evne til å gripe inn på stedet for å reparere. Noen feil er likevel ustoppelig (blokkering av panelutplasseringsmekanismer, problem med toppmotoren osv.). Organisasjoner som implementerer satellitter som absolutt må sikre en kontinuerlig tjeneste - telekommunikasjonssatellitter, observasjonssatellitter med kommersielle begrensninger (Spot, Ikonos), militære satellitter (GPS), værsatellitter ... - har generelt minst en nødsatellitt allerede i bane som er aktivert og posisjonert i tilfelle svikt i det operative kjøretøyet.

Kontroll og korreksjon av parametrene til banen

For å oppfylle sitt oppdrag, må satellitten følge en bane og opprettholde sin orientering ved å begrense avvikene til lavere verdier enn de som er definert for oppdraget. Å holde satellitten stille, ofte styrt fra kontrollsenteret, består i å kontrollere og korrigere avvikene når de blir for store.

Satellitten gjennomgår stadig forstyrrelser som endrer bane vekk fra referansebanen. Når det gjelder en satellitt i en geostasjonær bane, endres dens normalt breddegrad uten påvirkning av månen og solen (nord-sør-forstyrrelse). Uregelmessighetene i jordens gravitasjonsfelt induserer en forsinkelse eller et fremskritt på den nominelle banen (øst-vest-forstyrrelse). En lignende deformasjon av bane skyldes solstrålingstrykket. Avvik fra referansebanen aksepteres så lenge de er mindre enn en tiendedel grad i lengdegrad og breddegrad. Hvis avviket er større, må banen korrigeres ved hjelp av satellittdriften.

Satellittkontrollsenteret utfører disse korreksjonene etter å ha målt avvikene med presisjon takket være jordstasjonene og utledet korreksjonene som skal gjøres. Operatøren sender deretter instruksjoner til satellitten via telekommunikasjonsopplinken (fjernkontrolllenke): disse utløser motorene for en varighet og et trykk som er nøye beregnet på bestemte steder i banen for å optimalisere drivstofforbruket. På en geostasjonær satellitt gjelder de største korreksjonene nord-sør-drift: det er nødvendig å gi en kumulativ hastighet på 40 til 50 m / s per år for å korrigere dette avviket (sammenlignes med den spesifikke impulsen på 1500 m / s nødvendig for overføring til geostasjonær bane).

Satellittens orientering må også opprettholdes med stor presisjon gjennom hele satellittens levetid for at instrumentene skal fungere skikkelig. Spesielt må observasjonssatellitter sikre sikte på optikken med en nøyaktighet på ca. 0,1 ° ved å begrense rotasjonsbevegelser større enn 0,005 ° / s (som kan induseres av mekaniske deler), ellers får de uskarpe eller forvrengte bilder. Satellittens innebygde datamaskin bruker sensorene til periodisk å bestemme satellittens retning. Gyrometre måler vinkelhastigheter rundt hver akse. Når toleranseterskelverdiene overskrides, bruker datamaskinen deretter satellittdrivsystemet eller utfører disse korreksjonene ved å virke på svinghjulene.

Sende instruksjoner til nyttelasten

Satellitten har en viss autonomi i oppfyllelsen av oppdraget. Men noen av parametrene og utløsningen av operasjoner er gitt eller bekreftet av bakkekontroll: for eksempel når det gjelder en kommersiell observasjonssatellitt, er skyteprogrammet, som resulterer i presis utløsende og overvåking av sekvenser. Orienteringen til optikken er definert under oppdraget i henhold til behovene som sluttkundene uttrykker. De tilsvarende instruksjonssekvensene overføres periodisk til satellitten når sistnevnte er synlig for en av jordstasjonene.

Samle inn og behandle nyttelastdata

Satellittnyttelasten samler inn data som må overføres til bakken til dedikerte prosesseringssentre som er i stand til å bruke dem (dette gjelder ikke telekommunikasjon og posisjonering av satellitter hvis oppgave er begrenset til å gi en relérolle eller overføre data til umerkede terminaler). Dataene er beregnet på kunden som kan være, avhengig av type oppdrag, selskapet eller organisasjonen som bestilte satellitten (for eksempel Spot Image eller ESA) eller sluttkunden (for eksempel selskapet eller organisasjonen som kjøper bildene fra Spot Image). Hvis sistnevnte mottar disse dataene via sitt eget antennenettverk, må den ha en dekoder som gjør det mulig å bruke informasjonen som overføres av satellitten. Data kan bare overføres når jordstasjonene er synlige, noe som krever betydelig lagringskapasitet om bord på satellitten. Arkitekturen til datainnsamlings- og behandlingsanlegg kan være kompleks når dataene stammer fra flere nasjonale satellittnettverk, slik tilfellet er for meteorologiske data.

Slutten på livet

Slutten på en satellittens levetid oppstår vanligvis når kraftkilden til thrustere (drivmidler) er oppbrukt og maskinen ikke lenger kan opprettholde sin orientering og sin bane innenfor verdiområder som er kompatible med oppdraget. For noen vitenskapelige satellitter (infrarøde teleskoper) kan levetiden være uttømt av væskene som brukes til å avkjøle observasjonsinstrumentene. For satellitter som er utsatt for relativt lange perioder med mørke, kan nedleggelse være forårsaket av svikt i batterier som tømmes av lade / utladningssykluser.

Det hender fortsatt ofte at satellitten slutter å fungere etter komponentfeil. Kollisjoner med rusk produsert av luftfartsaktivitet (andre satellitter, rakettrester) eller med asteroider er også en kilde til for tidlig nedleggelse. Til slutt kan solfakkel skade satellitter.

Regionene der satellittene opererer er nå relativt overbelastet av akkumulering av nedlagte satellitter og rusk. Problemet har blitt tilstrekkelig bekymringsfullt for at regler for god oppførsel gradvis dukker opp med hensyn til uttjente satellitter. IADC ( Inter-Agency Space Debris Coordination Committee ), som samler de viktigste romfartsorganisasjonene, foreslår således i 2002 regler om de to mest overbelastede områdene:

telekommunikasjonssatellitter som befinner seg i en geostasjonær bane, må når slutten av livet når en skrapbane med en radius større enn deres nominelle bane (36.000 km ) på rundt 230 km ;
satellitter i lav bane (mindre enn 2000 km ) må gjennomgå deorbitasjon på slutten av livet, noe som garanterer at de kommer tilbake i atmosfæren og ødelegges innen et tidsintervall som ikke må overstige 25 år.

Disse tiltakene har, hvis de blir brukt, en ikke ubetydelig innvirkning på kostnadene for satellittene, siden drivstoffet som er viet til endring av bane ved slutten av deres levetid, kan representere mer enn 10% av massen til satellitten i det mest ugunstige. sak.

Inventar

Panorama over aktiviteten

Satellitter etter type og land lansert i løpet av tiåret 1990-1999

	forente stater	Russland	Europa	Japan	Kina	India	Andre land
Vitenskapelige satellitter
Geodesi	1	4	3
Altimetri	1.5		1.5
Jordens magnetisme			1
Observasjon av øvre atmosfære	6			4
Meteorittobservasjon			1
Observasjon av ionosfæren			4			1	1
Observasjon av magnetosfæren	4	3	4	2	2		3
Studie av solen (geosentriske 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
Jordobservasjon
Meteorologi (geostasjonær lør.)	3	3	3	1	1	6
Meteorologi (rulling lør.)	5.5	5		0,5	2
Fjernmåling av landressurser	6.5	8	5.5	2	0,5		1
Telekommunikasjonssatellitter
Telekommunikasjon (geostasjonær lør.)	45	30	35	12	11	5	-
Telekommunikasjon (rulling lør.)	1	18	9	1			1
Telekommunikasjon (konstellasjoner)	192	9
Navigasjons- og lokaliseringssatellitter	26	47
Militære satellitter
Bekreftelse	7	67	2				2
Tidlig advarsel	5	28
Elektronisk avlytting og havovervåking	1. 3	34
Militær telekommunikasjon	36	44	3
Vær for militære styrker	6
Kilde: F. Verger, R Ghirardi, I Sourbès-Verger, X. Pasco, op. cit. , s. 155-343

Siden begynnelsen av romalderen har mer enn 5500 kunstige satellitter blitt plassert i bane (resultater i 2007). I 2008 ble rundt 100 satellitter lansert, hvorav 42 var for kommersielle aktiviteter (hovedsakelig telekommunikasjon): 66 satellitter veide mer enn 500 kg og 10 mindre enn 20 kg . Kommersielle satellitter besto av 18 geostasjonære satellitter og 23 satellitter beregnet på lav bane.

Kommersiell aktivitet toppet seg på slutten av 1990-tallet knyttet til internettboblen med etablering av konstellasjoner av telekommunikasjonssatellitter i lav bane (Iridium osv.) Og lansering av 33 satellitter i geostasjonær bane (2000). Det stupte kraftig de neste årene og tar seg opp i dag takket være fornyelsesforespørsler og et voksende satellitt-TV- marked på alle kontinenter.

Segmentet av mini og mikrosatellitter beregnet på den lave bane opplever en viss utvikling til skade for det øvre segmentet takket være miniatyrisering av komponenter. Nanosatellitter var populære i 2006 (24 satellitter i denne klassen) som har falt tilbake i dag. Antall kommersielle geostasjonære satellitter lansert er relativt stabilt, men kapasiteten øker stadig. De faller i fire klasser: mer enn 5,4 tonn (5 satellitter lansert i 2007), mellom 4,2 og 5,4 tonn (syv satellitter), 2,5 til 4,2 tonn (fem satellitter), mindre enn 2,5 tonn (to satellitter). De amerikanske myndighetene forutsa ikke i 2007 noen vesentlig endring i antall kommersielle satellitter for det kommende tiåret.

Satellittene ble satt i bane i 2008 av rundt seksti raketter, inkludert 26 russiske (43 satellitter), 15 amerikanske (8 satellitter), 11 kinesiske (12 satellitter), 6 europeiske (11 satellitter). Nesten 20 typer bæreraketter ble brukt, hvorav åtte var russiske. Kapasiteten til disse bærerakettene er veldig variabel (fra ett tonn til mer enn 20 tonn i lav bane); de er spesialiserte: noen er optimalisert for lav bane som Soyuz andre for geostasjonær bane som Ariane. Lanseringsprogrammene har fortsatt pålitelighetsproblemer i dag: to feil i henholdsvis 2008 og fire feil i 2007 og 2006.

Kostnaden for en satellitt er høy: det var nødvendig å telle fra 100 til 400 millioner dollar i 2008 for en geostasjonær satellitt. På slutten av 1990-tallet varierte enhetskostnadene for hver satellitt i telekommunikasjonskonstellasjonene i lav bane fra omtrent $ 100 millioner dollar (Iridium 66-satellitter som veier 700 kg ) til $ 10 millioner (Orbcomm 28 satellitter som veier 45 kg ). En 2 t tung jordobservasjonssatellitt som Geoeye kostet 200 millioner dollar, mens de fem 150 kg Rapideye minisatellittene sammen utførte den samme tjenesten kostet rundt 30 millioner dollar hver . Militær (750 M € / stykke for den franske observasjonssatellitten Helios) og vitenskapelige satellitter (4,5 milliarder dollar for det fremtidige James Webb-romteleskopet ) kan bli enda dyrere. Til denne prisen må kostnadene for lanseringen tillegges, som er mellom $ 10.000 / kg for lav bane og $ 20.000 / kg for geostasjonær bane, samt for installasjoner og bakkestøtte.

Nasjonale og internasjonale programmer

Den kommersielle aktiviteten til rommet (generert hovedsakelig av telekommunikasjonssatellitter) representerte i 2008 114 milliarder dollar, mens det institusjonelle rommet, støttet av det offentlige budsjettet, anslås samme år til 71 G $ . I 2007 representerte det amerikanske rombudsjettet (ikke-kommersielle militære og sivile satellitter + bæreraketter + bemannede flyreiser + romprober) 54 milliarder dollar (0,39% BNP ), eller 75% av det globale forbruket.

Utenfor USA har få stater både teknologiske midler og politisk vilje til å drive betydelig romaktivitet. Budsjettene viet til rom er i fallende rekkefølge de av Frankrike ( $ 2,9B, 0,14% BNP), Japan ( $ 2,2B, 0,05%), Kina (2,1 G $ , 0,06%), av Russland (1,8 G $ , 0,11 %), av India (1 milliard $ , 0,09%), av Tyskland (1, 6 G $ , 0,05%), Italia (1,3 $ G , 0,06%). De viktigste romfartsorganisasjonene er i fallende rekkefølge av budsjetter DOD ( Forsvarsdepartementet med ansvar for amerikanske militære satellitter) 27 milliarder dollar , NASA 16 milliarder dollar , National Reconnaissance Office (NRO) amerikansk organisasjon med ansvar for rekognoseringssatellitter og d '' lytter 9 milliarder dollar , European Space Agency (ESA) 4 milliarder dollar , NGA ( National Geospatial-Intelligence Agency ansvarlig for å samle satellittbilder på vegne av det amerikanske forsvaret) 2 milliarder dollar , det franske romfartsbyrået ( CNES ) om 2,9 milliarder dollar , det japanske byrået ( JAXA ), det russiske byrået Roskosmos og det amerikanske meteorologiske byrået ( NOAA ).

Det militære rommet er dominert av USA som bruker 36 milliarder dollar til det, og som er den eneste nasjonen som har en komplett og permanent enhet (militær telekommunikasjon, tidlig varsling, rekognosering, avlytting, havovervåking, posisjoneringssystem av satellitter). Russland prøver å gjøre sitt GLONASS-satellittposisjoneringssystem mer pålitelig og opprettholder en flåte med rekognoserings- og lyttesatellitter som gir redusert dekning sammenlignet med den kalde krigen . Kina inntar tredjeplassen: det setter opp et nasjonalt satellittposisjoneringssystem, har rekognoseringssatellitter og har bevist sin militære romkapasitet ved å ødelegge en av satellittene i 2007. Det er ingen europeisk militær rompolitikk. Fire europeiske land har investert betydelig i militærområdet, for det første Frankrike, som har hatt optiske anerkjennelsessatellitter (Helios) og militær telekommunikasjon (Syracuse) i flere år. For avlytting og tidlig varsling er det bare demonstranter som har blitt lansert så langt. Storbritannia har fokusert sin innsats på militær telekommunikasjon, mens Italia og Tyskland har radarrekognoseringssatellitter.

Satellittindustrien

Romaktivitet representerte et aktivitetsvolum på 50 milliarder euro i 2007. En stor del av denne summen brukes i romfartsorganisasjoner eller tilsvarer kontrakter fra regjeringsorganer (militær romfartssektor i USA). Markedet for satellitter og tilknyttede tjenester underlagt konkurranse i 2007 representerte ca € 12,3 milliarder euro, som ble fordelt på 34% for kommersielle satellitter, 27% for europeiske sivile, 9% for europeiske militære satellitter, 25% for sivile satellitter utenfor Europa og 4% for militære satellitter utenfor Europa. Fordelingen av omsetningen etter søknad gir: 45% for telekommunikasjon, 16% for jordobservasjon, 5% for navigasjon og lokalisering, 10% for vitenskap og teknologi, 8% for infrastruktur og transport og 16% for andre applikasjoner.

Dette smale markedet, som krever avanserte ferdigheter og tunge testressurser, ble dominert i 2006 av 5 store aktører, inkludert tre amerikanske selskaper og to europeiske selskaper: Lockheed Martin (4 milliarder euro i denne sektoren), Northrop Grumman (2,6 B $ ), Boeing ( $ 2,1 B ), Thales Alenia Space ( $ 1,6 B ) og EADS Astrium Satellites ( $ 1,3 B ). Utsiktene for omsetningsvekst er stabile for kommersielle applikasjoner og sterk vekst for applikasjoner finansiert av romfartsorganisasjoner (jordobservasjon, vitenskap, etc.) og forsvar.

Outlook

Teknisk utvikling

Utviklingen oppfyller flere mål:

forlengelsen av levetiden, som forlenges til 15 år for geostasjonære satellitter og mål ti år for visse satellitter med lav bane;
øke kapasiteten til kommersielle satellitter;
forbedre ytelsen til instrumenter for vitenskapelige satellitter.

Hovedendringene er som følger:

telekommunikasjonssatellitter er mer og mer kraftige og veier mer og mer;
satellitter inneholder stadig kraftigere elektronikk (den gjennomsnittlige elektriske effekten til telekommunikasjonssatellitter må øke til 30 kW på kort sikt) og kompakt som krever mye mer sofistikerte varmespredningsenheter;
nyttelast / masseforholdet til satellitten endres ikke nevneverdig, men for den samme massen er nyttelastens kapasitet mer og mer viktig;
kapasiteten til noen instrumenter øker betydelig. Således innen optiske instrumenter erstattes den optiske enheten med tilhørende mekanikk og elektronikk fra Spot-satellitter med en masse på 250 kg for et skannet optisk felt på 60 km og en oppløsning på ti meter på generasjonen. Neste ved en enhet som veier 160 kg med et felt på 120 km og en oppløsning på tre meter, dvs. en ytelse / størrelse gevinst på 10;
satellittindustrien forlater herdede elektroniske kretser til fordel for vanlige komponenter med pålitelighet forbedret takket være programvaretriks;
utviklingen av elektrisk fremdrift: det oppnås nå betydelige gevinster på massen av drivmidler som bæres på telekommunikasjonssatellitter i geostasjonær bane, og til tross for deres lave trykk, bruker noen satellitter som markedsføres fra 2014 denne typen fremdrift for å oppgradere jobben.

Lavere produksjons- og lanseringskostnader

Kostnadene ved å produsere og lansere en satellitt er et stort hinder for utviklingen av deres bruk. Konstruksjonen er fortsatt håndverksområdet, gitt det lave antallet produsert hvert år og det store mangfoldet av maskiner. Videre produseres instrument ombord fortsatt ofte av universiteter eller forskningslaboratorier. Lanseringskostnaden (fra $ 10.000 til $ 20.000 per kilo) er fortsatt uoverkommelig: ingen teknisk løsning har så langt gjort det mulig å senke denne kostnaden. Romfergen har vist at besparelsene som tilbys av en gjenbrukbar bærerakett forblir teoretiske. To amerikanske produsenter, SpaceX og Orbital Science, delvis subsidiert, har startet produksjonen av nye bæreraketter med sikte på å redusere prisen på kiloet i bane betydelig. Andre løsninger er implementert for å redusere vekten til satellitten: miniatyrisering av komponentene og utvikling av elektrisk fremdrift, nevnt ovenfor, som er mye mindre grådige i drivmidler.

Jorden under observasjon

Den klimaendringer forårsaket av menneskelig aktivitet ble offisielt et stort problem siden Kyoto-protokollen (1997). Omfanget av fenomenet er dårlig forstått fordi det krever modellering av de svært komplekse interaksjonene mellom havene, verdensdelene og atmosfæren. Observasjonssatellitter spiller en nøkkelrolle i innsamlingen av data som brukes av dette modelleringsarbeidet, samt i jakten på tegn på endring. GEOSS- prosjektet (Global System of Earth Observation Systems), som gikk inn i en aktiv fase i 2005, tar sikte på å koordinere innsamlingen av data levert av satellitt og bakkenett og deres tilgjengelighet i verdensomspennende målestokk.

Modellering og studier av innvirkningen av klimaendringer er blant de viktigste målene for GMES-programmet (Global Monitoring for Environment and Security) som ble lansert av European Space Agency i 2001, som derfor er den europeiske komponenten i GEOSS-prosjektet. GMES bør gjøre det mulig å samle på europeisk nivå alle eksisterende observasjonsmåter på kloden, både jordbaserte og romfart: nasjonale og europeiske observasjonssatellitter, meteorologiske satellitter (Eumetsat). Programmet må garantere kontinuiteten i datainnsamlingen, standardisere dem og legge til rette for tilgjengeligheten. ESA planlegger å lansere fem observasjonssatellitter (Sentinel 1 til 5) som en del av GMES fra 2011, hver utstyrt med spesifikke instrumenter (radar, optikk, etc.).

Det fransk-amerikanske A-Train-prosjektet , som inkluderer seks satellitter som ble lansert mellom 2002 og 2008 i formasjon med få minutters mellomrom i en solsynkron bane, er en del av dette problemet. De 15 instrumentene om bord skal gjøre det mulig å samle på en koordinert måte mange data som gjør det mulig å forbedre vår forståelse av klimafunksjon og å foredle numeriske prediksjonsmodeller.

Kommersiell modenhet i applikasjoner

Utseendet til kunstige satellitter fødte en kommersiell sektor som i utgangspunktet var sentrert om fast telekommunikasjon som har utviklet seg betydelig takket være flere teknologiske fremskritt: generalisering av transistorer og deretter miniaturisering av elektronikk (1960-tallet), bruk av Ku-båndet som tillater liten mottakelse satellittantenner (1980-tallet), digitalisering av TV som tillater kringkasting av bunker med kanaler (1990-tallet). Det årlige salget nådde dermed 114 milliarder dollar i 2007. Astronauticsektoren representerer bare en liten del av dette tallet (5%), dvs. 3,8 milliarder dollar for satellittprodusenter og 1,54 milliarder dollar for bæreraketter. Det meste av aktiviteten utføres nedstrøms av tjenesteselskaper (TV-pakker osv.) Og distributører av utstyr som brukes av sluttkunder (antenner, dekodere , GPS ). Telekommunikasjonssatellittoperatører ( omsetning på $ 14,3 milliarder dollar i 2007) har produsert satellittene, transponderene som de leier ut til fastlinjetelekommunikasjonsselskaper, bedrifter (bedriftsnettverk), satellitt-TV-operatører. Satellitt (representerer tre fjerdedeler av aktiviteten). De kan også skape merverditjenester. Hovedoperatørene har et internasjonalt omfang: de er SES (2,4 milliarder dollar ), Intelsat (2.2) og Eutelsat (1.3).

Nye bruksområder begynner å finne betydelige kommersielle utsalgssteder:

nye operatører ( Globalstar , Iridium og Orbcomm ) kom inn på markedet for mobiltelefoni på slutten av 1990-tallet ved å bygge konstellasjoner av satellitter plassert i lav bane. Etter en veldig vanskelig start (investeringene var store i forhold til det potensielle markedet), har denne aktiviteten funnet sin likevekt med en omsetning i 2007 på 2,1 milliarder dollar (inkludert en mangeårig operatør Inmarsat );
Internett via satellitt for tilveiebringelse av ADSL- lenker til brukere som bor i områder med lite underholdning;
bilder med middels oppløsning, hvis leder er Spot Image (140 millioner dollar i 2007);
mye nyere høyoppløselig bildebehandling, hvorav de to lederne er DigitalGlobe ( $ 152M ) og GeoEye ( $ 184M ). Denne aktiviteten støttes av institusjonelle kunder (hær, offentlige etater), men også av bedriftskunder, den mest symbolske representanten er Google som fikk eksklusiviteten til bildene av satellitten GeoEye-1 (in) (oppløsning 0, 4 m ) lansert i 2008 og ment å mate Google Earth- nettstedet ;
radarbilder produsert av satellitter som RADARSAT ( Canada ) og TerraSAR-X (Tyskland).

Forvaltning av romrusk

Antallet kunstige gjenstander plassert i bane har økt jevnlig siden starten på rom erobringen. Ved siden av de faktisk fungerende satellittene, finner vi rusk fra bæreraketter (hele stadier eller komponenter), nedlagte satellitter (rundt 2000 ved århundreskiftet) eller satellittrester. I dag er det:

omtrent 12.500 stykker søppel større enn 10 cm i størrelse, som alle er oppført av det amerikanske romvaktsystemet ( NORAD ).
omtrent 300 000 (estimat) rusk mellom 1 og 10 cm i størrelse .
omtrent 35 millioner stykker rusk mellom 1 mm og 1 cm i størrelse .

Det meste av dette ruskene ligger i en høyere høyde enn satellitter som er plassert i lav bane (rusk i lavere høyde kommer inn i jordens atmosfære etter noen år og blir ødelagt). De som krysser i nyttige høyder utgjør en trussel mot satellitter fordi deres relative bevegelseshastighet i forhold til dem (opptil 20 km / s ) genererer kinetisk energi slik at rusk på noen få cm kan deaktivere en satellitt. I 1996 slo et fragment av den tredje fasen av en Ariane- bærerakett som eksploderte under flytur ti år tidligere, den franske mikrosatellitten Cerise . Mer nylig, den spektakulære kollisjonen mellom en Iridium-satellitt i tjeneste og en Cosmos-satellitt ute av drift den10. februar 2009demonstrerer at problemet med romavfall må tas på alvor.

Når romfartsorganisasjoner oppdager en risiko for kollisjon med rusk som er større enn 10 cm hvis bane er generelt kjent, endres bane til satellitten som ligger på banen, av kontrollsenteret for å avvike fra trusselen. CNES utførte således tre unngåelsesmanøvrer på satellittene i 2007. Men den største trusselen utgjøres av rusk mellom 1 cm og 10 cm i størrelse , hvis bane generelt ikke er kjent. Bruk av skjerming (løsningen som er vedtatt for den internasjonale romstasjonen ) beskytter ikke romfartøyet fullstendig og er uoverkommelig dyr (10% av romstasjonens vekt). Anbefalinger ment for å redusere antall produserte nye rusk er definert av IADC: deorbitasjon av satellitter på slutten av deres levetid, passivering av trinnene til satellittkastere (for å forhindre at de eksploderer, reduksjon av antall rusk produsert ved separasjon eller distribusjonsmekanismer Men på grunn av kostnadene blir de for øyeblikket bare brukt på frivillig basis av visse romfartsorganisasjoner, inkludert CNES.

Militariseringen av rommet

Den 1967 plass traktaten forbyr sending i bane av kjernefysiske våpen eller masseødeleggelsesvåpen. Men det forhindrer ikke bruk av satellitter som er ment å støtte eller hjelpe militære styrker på bakken. I dag har våpnene, i likhet med troppene til de mest moderne hærene, delvis blitt avhengige av et utvalg av militære satellitter, spesielt rekognoserings-, kommunikasjons- og posisjoneringssatellitter. Men ingen satellitt har så langt blitt utstyrt med en støtende evne. Etter USAs posisjoner, ivrige etter å forsvare seg mot ethvert atomangrep og for å hellige rom, fremkaller spesialister scenariet med en arsenalisering (dette er den innviede term) av rom, c 'Det vil si installasjon av våpen i stand til enten å ødelegge andre satellitter eller mål på bakken fra verdensrommet, eller å ødelegge satellitter fra bakken. Fraværet av en koordinert europeisk forsvarspolitikk, særlig innen militærområdet, som krever budsjetter som overstiger nasjonal kapasitet, setter Europa i en veldig dårlig posisjon hvis dette scenariet blir realisert. En traktat rettet mot fullstendig demilitarisering av verdensrommet har så langt ikke mottatt noen signatur.

Merknader og referanser

Merknader

De nåværende militære observasjonssatellittene kretser uten tvil i høyere høyder (informasjonen er klassifisert) takket være forbedringen av de optiske instrumentene om bord.
Overføringen kan i noen tilfeller gjøres av bæreraketten selv.
Alle rombasene skyter mot øst bortsett fra den israelske basen i Palmahim på grunn av mangel på passende grunnlag.
I følge ESA-nettstedet har stasjonene en maksimal mottakskapasitet på 500 Megabyte / s (1 MB ved normal hastighet), mottakskapasitet på 2 kilobyte / s ; de kan bestemme posisjonen til satellitten med en nøyaktighet på en meter og dens hastighet med en nøyaktighet på 0,1 mm / s .
Satellittene utviklet i samarbeid telles til 0,5; satellitter som ikke klarte å starte, er inkludert.
Inkluderer 3 av Spot-seriens satellitter.
Tall avrundet for USA, Russland og Europa, ikke regnet for andre land. 20 lør. fra Intelsat-organisasjonen og 9 fra Immarsat.
Franske satellitter Helios.
(USA NOSS-2-serien).
2 NATO-satellitter inkludert i USA ; de tre europeiske satellittene er engelske.
Ifølge J. Villain (2007) 5500 satellitter hadde blitt lansert, hvorav 700 var fortsatt aktive.
Dette tallet kan sammenlignes med omsetningen generert av lanseringene: $ 1.971 millioner i inntekter i 2008, hvorav rundt $ 600 millioner for Ariane-bæreraketten og $ 700 millioner for de russiske bærerakettene.
Av de 25 kommersielle geostasjonære satellittene som ble lansert i 2008: 5 ble produsert av Loral, 5 av ADS, 4 av Thales, 2 av Lockheed, 2 av Boeing.
På grunn av deres lave trykk, vil det i gjennomsnitt ta 3 måneder å overføre en geostasjonær satellitt fra injeksjonsbanen til en geostasjonær bane ved hjelp av en elektrisk thruster som anses å være kommersielt for dyr.
Launcher Falcon 1 av SpaceX , siden forlatt, kostet 3000 $ / kg .

Referanser

P. Couillard, op. cit. , s. 19 .
F. Verger, R Ghirardi, I Sourbès-Verger, X. Pasco, op. cit. , s. 16 .
F. Verger, R Ghirardi, I Sourbès-Verger, X. Pasco, op. cit. , s. 19 .
" Atmosfærisk bremsing, levetid " (åpnet 22. oktober 2017 ) .
F. Verger, R Ghirardi, I Sourbès-Verger, X. Pasco, op. cit. , s. 20 .
F. Verger, R Ghirardi, I Sourbès-Verger, X. Pasco, op. cit. , s. 323 .
ESA: presentasjon av GOCE-oppdraget (juni 2006) s. 14 .
D. Marty, op. cit. , s. 24 .
NASAs nettsted: World Book Encyclopedia: Artificial Satellites , åpnet 23.4.2008 .
F. Verger, R Ghirardi, I Sourbès-Verger, X. Pasco, op. cit. , s. 280 .
F. Verger, R Ghirardi, I Sourbès-Verger, X. Pasco, op. cit. , s. 29 .
F. Verger, R Ghirardi, I Sourbès-Verger, X. Pasco, op. cit. , s. 33-43 .
(in) "KH-1" på Astronautix.
(i) "Midas" på Astronautix.
(in) "Landsat 1-2-3" på Astronautix.
(in) nettsted Astronautix: Article Geos .
(in) "Mariner8-9" på Astronautix (åpnet 26. juli 2021).
Jean-Jacques Dechezelles , “Fra Symphonie til Spacebus - 30 år med vellykkede telekommunikasjonssatellitter”, AAAF-konferanse , mars 2006, publisert i Lettre_AAAF_n_5_2006 .
F. Verger, R Ghirardi, I Sourbès-Verger, X. Pasco, op. cit. , s. 269-318 .
P. Couillard, op. cit. , s. 140-142 .
Guy Lebègue , “ En telekommunikasjonssatellitt : Hva er den til? Hvordan det fungerer ? Hvor mye koster det ? », I Nouvelle revue Aéronautique et Astronautique , N o 2, juni 1994, ( ISSN 1247-5793 ) .
(fr) (en) Guy Lebègue, (trans Robert J. Amral.), “ Gulf konflikt : lærdommen av militære satellitter ”, i Revue Aerospatiale , n o 79, juni 1991.
CNES vol.1 Generelt og utviklingsbegrensninger, op. cit. , s.57 .
"tilstrekkelig til å identifisere en golfball" ( (in) " Sammenligning av oppløsning, lesing av lisensplater og overskrifter " ).
(in) Asif Siddiqui A, Deep Space Chronicle: A Chronology of Deep Space and Planetary Probes 1958-2000 (SP-2002-4524) , NASA2002( les online ).
Alain Duret, op. cit. , s. 151-153 .
CNES, op. cit. , vol.1 Generelle forhold og utviklingsbegrensninger s. 61 .
CNES & CILF: ordbok for spatiologi .
CNES vol.1 Generelt og utviklingsbegrensninger, op. cit. , s. 416-417 .
La Dépêche, artikkel datert 05.08.2008 .
Proteus auf Gunters Space Page .
Proteus bei CNES .
CNES: Myriade .
D. Marty, op. cit. , s. 24-25 .
P. Couillard, op. cit. , s. 135 .
P. Couillard, op. cit. , s. 120 .
P. Couillard, op. cit. , s. 122 .
P. Couillard, op. cit. , s. 132 .
CNES-nettstedet, HFI-instrumentet til Planck-satellitten, konsultert den 3/9/2008 .
SNECMA-flygeblad på PPS-1350 .
CNES, op. cit. , vol.3 Plattformer s. 665-749 .
CNES, op. cit. , vol.3 Plattformer s. 267 .
CNES, op. cit. , vol.3 Plattformer s. 272-336 .
P. Couillard, op. cit. , s. 128 .
CNES, op. cit. , vol.3 Plattformer s. 346-56 .
P. Couillard, op. cit. , s. 131 .
D. Marty, op. cit. , s. 230 .
CNES: BeppiColombo: hovedfaser i prosjektet , konsultert 25/4/2009 .
CNES, op. cit. , vol.1 Generelt og utviklingsbegrensninger s. 374-389 .
CNES, op. cit. , vol.1 Generelt og utviklingsbegrensninger s. 74 .
ESA-nettsted: Hvordan et oppdrag blir valgt , åpnet 25.4.2009 .
CNES, op. cit. , vol.1 Generelle forhold og utviklingsbegrensninger s. 390-414 .
Christian Lardier, "Launchers: the price war", i Air & Cosmos , nr . 2170,1 st mai 2009.
P. Couillard, op. cit. , s. 24-25 .
F. Verger, R Ghirardi, I Sourbès-Verger, X. Pasco, op. cit. , s. 17-19 .
CNES, op. cit. , vol.1 Generelle forhold og utviklingsbegrensninger s. 198 .
CNES, op. cit. , vol.1 Generelle forhold og utviklingsbegrensninger s. 245 .
P. Couillard, op. cit. , s. 26-27 .
P. Couillard, op. cit. , s. 136 .
ESA: ESTRACK-sporingsstasjoner tilgjengelig (24. april 2009).
P. Couillard, op. cit. , s. 137 .
P. Couillard, op. cit. , s. 126 .
P. Couillard, op. cit. , s. 127-132 .
SPOT-bilder: Med de nye mottaksstasjonene forblir Spot 4 veldig aktiv, konsultert den 24.4.2009 .
ISCCP-nettverksarkitektur, tilgjengelig den 24.4.2009 .
IADC: Anbefaling om tiltak som skal tas av romfartsorganisasjoner for å begrense romrester 2004 .
Jacques Villain, op. cit. , s. 95 .
American Institue of Aeraunotics and Astronautics: "Aersopace America April 2009" .
Federal Aviation Administration: Prognose for 2008 romtransport .
Federal Aviation Administration: 2008 År i gjennomgang .
Lør Tidsskrift: INNSIKT: Satellitter - Større eller mindre? Ja! .
ESPI: Space Policies, Issues and Trends 2007/2008 sider 38-70 .
Nasjonalforsamlingens forsvarskommisjon (Frankrike) februar 2008 rapport om de strategiske utfordringene i romfartssektoren , konsultert den 21/5/2009 .
Thales: Analysedag Espace, 26. november 2007, Cannes. .
CNES, op. cit. , vol.1 Generelt og utviklingsbegrensninger s. 62-67 .
Avsetting av Elon Musk (grunnlegger av selskapet SpaceX) før det amerikanske senatet 5. mai 2004 .
GEOSS, en global innsats for å realisere full potensial for GMES [PDF] , Boss4GMS (åpnet 3. mai 2009).
European Space Agency nettsted: GMES-programmet , konsultert den 3/5/2009 .
CNES-nettsted: A-toget konsultert 3/5/2009 .
F. Verger, R Ghirardi, I Sourbès-Verger, X. Pasco, op. cit. , s. 54 .
CNES: space rusk: inventar på inventar, konsultert 25/4/2009 .
"De terrestriske forstedene forurenset av romrester", artikkel av Hervé Morin, Le Monde , 15. februar 2009.
Bulletin for I-space-pro-space (november 2007): s. 7 .
Technical and Aerospace Committee of the Assembly of Western European Union: The Deployment of Weapons in Space (juni 2006), åpnet 30/4/2008. .

Vedlegg

Bibliografi

Kilder

Daniel Marty, Romsystemer: design og teknologi , Masson,1994, 336 s. ( ISBN 978-2-225-84460-7 )
CNES, Teknikker og teknologier for romfartøyer , 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, romerobring: 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: satellittatlas og romfartspolitikk , Belin ,2002
Philippe Couillard, bæreraketter og satellitter , Éditions Cépaduès ,2004, 246 s. ( ISBN 978-2-85428-662-5 )
OECD, Space to 2030: What Future for Space Applications? , EDP Sciences ,2004, 263 s. ( ISBN 978-2-86883-808-7 )264 sider
Jacques Villain, i erobring av verdensrommet: fra Sputnik til mann 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. ( les online )Toppmoderne teknologier brukt på mikrosatellitter i 2014 (mindre enn 150 kg tørr); referanse: NASA / TP - 2014–216648 / REV1

Andre verk

José Achache, Sentinels of the earth , Hachette ,2004, 192 s. ( ISBN 978-2-01-235733-4 )
Aline Chabreuil og Philippe Chauvin, satellitter: ved kunnskapens grenser , 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 av Claudie Haigneré , Objectif Terre: la satellitt revolusjon , Paris, Le Pommier / Cité des Sciences,2009, 189 s. ( ISBN 978-2-7465-0419-6 )192 sider

Relaterte artikler

Eksterne linker

"Space: the new Earth observatory" , The Scientific Method , France Culture,11. november 2020.
CNES nettsted for vitenskapelige oppdrag: egenskapene til satellitter med fransk deltakelse
(no) Nettsted for European Space Agency som beskriver egenskapene til alle jordobservasjonssatellitter
(no) Nettsted som viser egenskapene til alle lanserte satellitter
(en) Syntese romoppdrag NASA
(no) (fr) Nettsted som gjør det mulig å bestemme passeringstidene til alle satellittene i bane