Satellite de télécommunications - Définition et Explications

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Introduction

Satellite de communication militaire Milstar des États-Unis.

Un satellite de télécommunications est un satellite artificiel placé dans l'espace pour des besoins de télécommunications (Les télécommunications sont aujourd’hui définies comme la transmission à distance...). Il peut utiliser une orbite géostationnaire (L'orbite géostationnaire, abrégée GEO (geostationary orbit) est une orbite...), une orbite terrestre basse (L'orbite terrestre basse (Low Earth orbit, LEO, en anglais) est un type d'orbite terrestre situé...) ou une orbite (En mécanique céleste, une orbite est la trajectoire que dessine dans l'espace un corps...) de Molniya.

Pour des services fixes, les satellites de communications apportent une technologie (Le mot technologie possède deux acceptions de fait :) complémentaire à la fibre optique (Une fibre optique est un fil en verre ou en plastique très fin qui a la propriété de...) qui compose les câbles sous-marins. Ils sont aussi utilisés pour des applications mobiles, comme des communications vers les navires ou les avions, vers lesquels il serait impossible d'utiliser du câble.

Historique

Premières missions

Le premier satellite de télécommunications (Un satellite de télécommunications est un satellite artificiel placé dans l'espace...) est envoyé par la NASA : il s'agit du satellite (Satellite peut faire référence à :) Echo en 1960. C'était un ballon de plus de 30 mètres (100 pieds) de diamètre (Dans un cercle ou une sphère, le diamètre est un segment de droite passant par le centre...), fait de PET recouvert d'aluminium (L'aluminium est un élément chimique, de symbole Al et de numéro atomique 13....). Il servait de relais de réflexion passif pour les communications radio. Le Courier 1B, fabriqué par la firme américaine Philco, lancé le 4 octobre 1960, restera dans l'histoire comme étant le premier satellite (Satellite peut faire référence à :) avec un répétiteur actif à bord. Sa mission a duré 17 jours (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la...)...

Telstar 1 a été le premier satellite actif à relayer directement des communications intercontinentale. Il a été créé par un groupe multinational composé d'AT&T, des Laboratoires Bell (Bell Aircraft Corporation est un constructeur aéronautique américain fondé le 10 juillet 1935....), de la NASA (La National Aeronautics and Space Administration (« Administration nationale de...), des anglais de General Post Office (ancêtre de British Telecom) et PTT français, pour développer les communications par satellite. Il fut lancé par la NASA depuis le Cap Canaveral (Cap Canaveral est une base de lancement américaine située en Floride (28°27′ de latitude...) le 10 juillet 1962, ce fut d'ailleurs le premier lancement privé de l'histoire. Il a été placé sur une orbite elliptique, faisant le tour de la Terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance...) en 157 minutes ( Forme première d'un document : Droit : une minute est l'original d'un...), inclinée à 45° sur l'équateur. Il a permis le 11 juillet la première transmission de télévision (La télévision est la transmission, par câble ou par ondes radioélectriques, d'images ou de...) en direct entre les stations d'Andover (Etats-Unis] et Pleumeur-Bodou en France.

Le premier satellite réellement en orbite géostationnaire sera le satellite Syncom 3, lancé le 19 août 1964 par la firme Hughes Aircraft Company d'Howard Hughes (Howard Robard Hughes (24 décembre 1905 à Houston - 5 avril 1976...).

Orbite géostationnaire

Un satellite en orbite géostationnaire semble fixe à un observateur à la surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a...) de la Terre. Il fait le tour de la Terre en 23h 56 min, à vitesse (On distingue :) constante, à la verticale (La verticale est une droite parallèle à la direction de la pesanteur, donnée notamment par le...) de l'équateur.

L'orbite géostationnaire est très pratique pour les applications de communication (La communication concerne aussi bien l'homme (communication intra-psychique, interpersonnelle,...) car les antennes au sol, qui doivent impérativement être pointées vers le satellite, peuvent fonctionner efficacement sans devoir être équipées d'un système de poursuite des mouvements du satellite, système coûteux et compliqué à exploiter. Dans le cas d'applications nécessitant un très grand nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre...) d'antennes au sol (comme la diffusion (Dans le langage courant, le terme diffusion fait référence à une notion de...) de bouquets de télévision numérique), les économies réalisées sur les équipements au sol justifient largement la complexité (La complexité est une notion utilisée en philosophie, épistémologie (par...) technologique du satellite et le surcoût de la mise sur une orbite relativement haute (près de 36 000 km).

Le concept de satellite de communication (Un satellite de télécommunications est un satellite artificiel positionné dans l'espace pour des...) géostationnaire a été exposé pour la première fois par Arthur C. Clarke, se fondant sur des travaux de Constantin Tsiolkovski (Constantin Edouardovitch Tsiolkovski (en russe ?????????? ?????????? ???????????) naît en Russie...) et sur un article de Herman Potočnik, écrit en 1929 sous le pseudonyme de Herman Noordung, avec pour titre Das Problem der Befahrung des Weltraums — der Raketen-motor. En octobre 1945 Clarke publia un article intitulé « Extra-terrestrial Relays » dans le magazine britannique Wireless World. L'article décrit les lois fondamentales régissant le déploiement de satellites artificiels en orbite géostationnaire à des fins de relayer des signaux radio. Pour cette raison, Arthur C. Clarke est considéré comme l'inventeur du satellite de communication.

Le premier satellite de communication géostationnaire était canadien, c'était le Anik 1, lancé le 9 novembre 1972 ; il restera en exploitation jusqu'au 15 juillet 1982. Les États-Unis d'Amérique (L’Amérique est un continent séparé, à l'ouest, de l'Asie et...) suivront peu de temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le...) après, Western Union lançant le satellite Westar 1 le 13 avril 1974, et RCA Americom (devenue SES Americom de nos jours) lançant le satellite Satcom 1 le 12 décembre 1975.

Satcom 1 fut à l'origine du succès des chaînes câblées américaines comme WTBS, HBO, CBN, The Weather Channel (The Weather Channel (aussi TWC) est un canal de nouvelles en continu présentant les conditions...), etc. en permettant à ces dernières d'atteindre les têtes de tous les réseaux locaux par satellite. De plus, ce satellite était le premier utilisé par les grands réseaux de télévision, comme ABC, NBC ou CBS pour alimenter leurs filiales locales en programmes. Satcom 1 était très utilisé car il proposait deux fois plus de bande passante (La bande passante (angl. bandwidth) est un intervalle de fréquences pour lesquelles la...) (24 transpondeurs au lieu de 12 pour Westar 1), et donc avait des coûts d'exploitations bien moindre.

Le premier satellite de télécommunications géostationnaire stabilisé trois-axes a été Symphonie-A, premier du programme franco-allemand, lancé le 19 décembre 1974 sont les premiers satellites de télécommunications réalisés en France et en Europe (L’Europe est une région terrestre qui peut être considérée comme un...) et les premiers stabilisés trois-axes en orbite géostationnaire à système de propulsion (La propulsion est le principe qui permet à un corps de se mouvoir dans son espace environnant....) biergol (Un biergol ou diergol, dans le domaine de l'astronautique, est un propergol composé de deux ergols...) pour la manœuvre de circularisation geosynchrone et le maintien à poste (précurseur des satellites modernes à partir des années 1990), et premier système complet (après le lancement du second modèle) avec tous les segments dédiés de contrôle (Le mot contrôle peut avoir plusieurs sens. Il peut être employé comme synonyme d'examen, de...) et d'utilisation.

En 2000, Hughes Space and Communications, racheté depuis par Boeing (Boeing (nom officiel en anglais The Boeing Company) est l'un des plus grands constructeurs...) Satellite Development (Development est une revue scientifique bimensuelle à comité de lecture couvrant tous les...) Center, avait construit près de 40 % des satellites en exploitation dans le monde (Le mot monde peut désigner :) entier. Les autres fabricants importants sont Loral Space Systems, Lockheed Martin (Lockheed Martin est une des principales entreprises américaines de défense et de...) Space Systems, Northrop Grumman (Northrop Grumman Corporation est un conglomérat américain né de la fusion entre Northrop et...), Thales Alenia Space (Thales Alenia Space est une coentreprise franco-italienne, née le 10 avril 2007 par...) et EADS Astrium (EADS Astrium est une filiale à 100 % d'EADS dédiée aux systèmes et...) Satellites.

Satellites en orbite terrestre (Une orbite terrestre est une orbite située autour de la Terre. La Lune, le seul satellite...) basse

Une orbite terrestre basse est une orbite circulaire entre 350 et 1400 km de la surface de la Terre; en conséquence la période de révolution (La période de révolution, est le temps mis par un astre pour accomplir sa trajectoire, ou...) des satellites est comprise entre 90 minutes et 2 heures (L'heure est une unité de mesure  :). En raison de leur faible altitude (L'altitude est l'élévation verticale d'un lieu ou d'un objet par rapport à un niveau...), ces satellites sont uniquement visibles dans un rayon de quelques centaines de kilomètres (Le mètre (symbole m, du grec metron, mesure) est l'unité de base de longueur du Système...) autour (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne...) du point (Graphie) à la verticale duquel se trouve le satellite. De plus les satellites en orbite basse (L'orbite terrestre basse (Low Earth orbit, LEO, en anglais) est un type d'orbite terrestre situé...) se déplacent rapidement par rapport à un point fixe (En mathématiques, pour une application f d’un ensemble E dans lui-même, un élément x de E...) sur Terre, donc même pour des utilisations locales, un grand nombre de satellites sont nécessaires si l'application exige une connectivité permanente.

Les satellites en orbite terrestre basse sont beaucoup moins chers à mettre en orbite que les satellites géostationnaires, et grâce à leur proximité avec le sol, demande une puissance (Le mot puissance est employé dans plusieurs domaines avec une signification particulière :) de signal ( Termes généraux Un signal est un message simplifié et généralement codé. Il existe...) moins importante. Le coût de chaque satellite étant bien moindre, il peut être intéressant d'en lancer en plus grand nombre, le lancement étant aussi moins cher, ainsi que les équipements nécessaires à l'exploitation au sol.

Un ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection...) de satellites fonctionnant de concert est connu sous le nom de constellation (Une constellation est un ensemble d'étoiles dont les projections sur la voûte...) satellitaire. Plusieurs de ces constellations fournissent des services de téléphonie (La téléphonie est un système de télécommunication qui a pour but la transmission de son et en...) sans fil par satellite, à l'origine vers des zones isolées. Le réseau (Un réseau informatique est un ensemble d'équipements reliés entre eux pour échanger des...) Iridium (L'iridium est un élément chimique de symbole Ir et de numéro atomique 77.) par exemple utilise 66 satellites. Le réseau Globalstar se compose, quant à lui, de 60 satellites.

Le réseau satellitaire d'03b Networks Ltd, pour Google (Google, Inc. est une société fondée le 7 septembre 1998 dans la Silicon Valley en Californie par...), 16 satellites de télécommunications en orbite basse devant offrir des services de déport de réseau Internet (Internet est le réseau informatique mondial qui rend accessibles au public des services...) par satellite à faible période de latence vers les pays émergents (Les pays émergents sont des pays dont le PIB par habitant est inférieur à celui des...) et en voie de développement dans le monde entier à des vitesses pouvant atteindre 10 Gbps et d’une capacité totale combinée de 160 Gbps est en cours d'étude par Thales (Thalès de Milet appelé communément Thalès (en grec ancien...) Alenia Space, dans le Centre spatial (Un Centre spatial est un lieu dédié à l'activité astronautique. Il peut...) de Cannes Mandelieu.

Une autre utilisation possible de ces systèmes est l'enregistrement de données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent...) reçues lors du passage au-dessus d'une zone terrestre, et sa retransmission lors du passage sur une autre zone. Ce sera le cas avec le système CASCADE, du projet (Un projet est un engagement irréversible de résultat incertain, non reproductible a...) canadien CASSIOPE de communication par satellite.

Satellites en orbite de Molniya

Les satellites géostationnaires sont nécessairement à la verticale de l'équateur. En conséquence, ils sont assez peu intéressants sous des latitudes élevées : dans de telles régions, un satellite géostationnaire (Un satellite géostationnaire est un satellite artificiel qui se trouve sur une orbite...) apparaîtra très bas sur l'horizon (Conceptuellement, l’horizon est la limite de ce que l'on peut observer, du fait de sa propre...); la liaison pourra alors être perturbée par les basses couches de l'atmosphère (Le mot atmosphère peut avoir plusieurs significations :). Le premier satellite Molniya a été lancé le 23 avril 1965 et fut utilisé pour des transmissions expérimentales de télévision, l'émission se faisant depuis Moscou (), et différentes réceptions en Sibérie et dans l'Extrême-Orient (L'Extrême-Orient désigne la partie orientale de l'Asie. Il comprend :) russe, à Norilsk, Khabarovsk, Magadan et Vladivostok. En novembre 1967, les ingénieurs soviétiques créèrent un système de télévision nationale par satellite unique, appelé Orbita, basé sur des satellites Molniya.

L'orbite de Molniya se caractérise par un apogée (Un apogée (du grec apogeios : loin de la terre ; apo : loin + gê :...) de l'ordre de 40000 km situé au-dessus de l'hémisphère nord (Le nord est un point cardinal, opposé au sud.) et un périgée de l'ordre de 1000 km est au-dessus de l'hémisphère sud (L'hémisphère sud ou hémisphère austral est la moitié du globe terrestre...). De plus son inclinaison (En mécanique céleste, l'inclinaison est un élément orbital d'un corps en orbite autour d'un...) sur l'équateur est forte, 63,4°. Les propriétés de cette orbite garantissent que le satellite passe la plus grande partie de son orbite au-dessus des latitudes les plus nordiques, période durant laquelle son empreinte au sol change relativement peu puisqu'il se déplace plus lentement. Sa poursuite en est ainsi facilitée. La période de cette orbite est d'une demi-journée (12h), ce qui rend le satellite utilisable durant 8h à chaque révolution. Ainsi, une constellation de trois satellites Molniya (plus un de secours en orbite) pouvait fournir une couverture permanente des latitudes nord.

Les satellites en orbite de Molniya sont essentiellement utilisés pour des services de téléphonie et de télévision au-dessus de la Russie. Une autre application permet de les utiliser pour des systèmes de radio mobile (même sous des latitudes moins élevées) car les véhicules circulant dans des aires (Aires (en espagnol, les airs) est une compagnie aérienne intérieure de Colombie.) fortement urbanisées ont besoin (Les besoins se situent au niveau de l'interaction entre l'individu et l'environnement. Il est...) de satellites avec des élévations importantes pour garantir une bonne connectivité même en présence d'immeubles élevés.

Le DoD des États-Unis utilise également une telle orbite pour des satellites de surveillance et de communications. En effet, en raison de sa période de 12 heures, un satellite qui atteint une première apogée au-dessus de la Russie, pour 8 heures environ d'utilisation opérationnelle, passera 8 heures dans les mêmes conditions au-dessus de l'Amérique du nord à l'orbite suivante.

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