Les télécommunications spatiales

Les stations sol optiques TILBA®-OGS permettent d’établir des réseaux de télécommunications spatiales très haut débit

Les télécommunications par satellite jouent un rôle clé dans la connectivité mondiale reliant les gens et les idées. Les services de télécommunications spatiales sont aujourd’hui indispensables à des milliards de personnes à travers le monde et leur besoin croit en permanence. Cependant, les capacités actuelles des télécommunications spatiales rencontrent des limites de débit, d’accessibilité et de sécurité. Des défis auxquels les communications optiques offrent une solution.

Les systèmes de télécommunication par satellites s’appuient sur les satellites artificiels gravitant autour de la Terre pour transmettre des signaux de communications tels que la téléphonie, l’internet ou encore les communications sécurisées, entre différents points sur Terre. L’infrastructure peut prendre l’envergure d’une constellation, comme le projet de réseau internet Starlink de Space X ou bien le projet Hydron de l’ESA. Les constellations récentes et celles en construction, citées précédemment, forment un réseau, un maillage de satellites autours de la Terre capables de communiquer les uns avec les autres avant de renvoyer l’information sur Terre. Ainsi une station sol est capable de communiquer avec un satellite situé de l’autre côté de la Terre. On parle alors de communications inter-satellitaires. Les avantages de ce mode de transmission de l’information sont la couverture mondiale, la résilience aux catastrophes naturelles et aux pannes de réseau terrestre, ainsi que la capacité à atteindre des zones éloignées ou difficiles d’accès.

Le panorama des applications des télécommunications spatiales :

Téléphonie satellitaire : historiquement les systèmes de téléphonie satellitaire permettent aux utilisateurs de passer des appels téléphoniques depuis n’importe quel point dans le monde y compris les régions les plus isolés où les réseaux terrestres ne sont pas disponibles. Dans ce cas un feeder link relie l’utilisateur isolé au réseau de téléphonie terrestre en passant par un satellite télécom puis une station sol.

Télévision par satellite : de la même manière les systèmes de télévision par satellite permettent de diffuser des programmes de télévision aux téléspectateurs à travers le monde jusqu’aux endroits les plus reculés ne bénéficiant pas des infrastructures nécessaires. Le feeder link émis par une station sol envoie au satellite télécom un lien montant chargé d’une grande quantité d’information que le satellite redistribue en une multitude de signaux vers une multitude de destinations et d’utilisateurs finaux. Dans les méga constellations le signal peut d’abord parcourir le maillage des canaux de communication inter-satellite avant d’arriver à destination.

Internet par satellite : les systèmes d’Internet par satellite fonctionnent de la même manière que la TV et permettent de fournir une connexion Internet à haut débit dans les régions où les autres infrastructures de communication traditionnelles sont limités et coûteuses. Des projets tels que Starlink et OneWeb se sont penchés sur la question de la connectivité internet aujourd’hui essentielle dans notre société pour les domaines tels que la santé, l’éducation, l’économie, le secteur des entreprises et du public ainsi que pour la sécurité.

Réseaux sécurisés : les satellites jouent un rôle crucial dans la sécurité des communications militaires et la collecte de renseignements en permettant des communications avec des stations sol terrestres, navales et aéroportés. Les satellites de télécommunication militaires permettent ainsi de mettre en place des clouds de combat, des bulles de communications navales ou des réseaux sécurisés pour un déploiement temporaire sur le théâtre des opérations. Ce qui permet de déployer une connectivité temporaire, sécurisé et indétectable. Le transfert de données asynchrone, quant à lui permet de créer un canal de communication sécurisé pour les échanges d’informations souveraines notamment entre ambassades.

Data centers : les satellites permettent aux opérateurs de clouds d’intégrer rapidement les données satellitaires dans leurs data centers et ainsi offrir des services plus rapides et plus efficaces à leurs clients. Les satellites réduisent également la latence pour les clouds en offrant une couverture optimale via des réseaux de satellites LEO (Low Earth Orbit) inter-communicants.

Communications d’urgence : lorsque l’infrastructure traditionnelle est endommagée ou indisponible, en situations de crise ou catastrophes naturelles, les satellites peuvent être utilisés pour établir les communications d’urgence.

Offshore : les plateformes offshores sont par excellence des endroits isolés sans connectivité où déployer les infrastructures télécom n’est pas rentable et particulièrement complexe.

Ce sont aujourd’hui les canaux de radiofréquences (RF) qui assurent les communications des applications cités. Cependant les communications par radiofréquences atteignent aujourd’hui leurs limites en termes de capacité ce qui ne permet plus de répondre aux besoins croissants de connectivité de notre société. Parmi les principales limites, on peut citer la congestion des canaux de communication RF dont l’utilisation nécessite l’obtention d’une licence afin d’éviter les interférences entre canaux. Les licences se rarifient et leur obtention engendre des dépenses et des délais d’attente importants. Les bandes C, KA et Ku sont les canaux RF les plus utilisés, tandis que les bandes X et L sont principalement attribuées à l’armée et à la recherche. En outre, le débit et la sécurité des communications RF sont limités : la bande passante effective se chiffre à quelques centaines de Mbps et atteint ses limites à quelques Gbps. De plus, l’étendue d’un signal RF couvre la superficie d’un petit pays permettant à ceux se trouvant dans la zone d’intercepter le signal ce qui est pratique en cas de diffusion grand public mais problématique pour les communications sécurisées.

Les communications laser en espace libre s’imposent comme une solution de communications fiable et capable de répondre aux besoins croissants de réseaux très haut débit, sécurisés, robustes et accessibles. Les systèmes de satellites optiques pourront assurer des liens espace-sol et des liens inter-satellites. Pour échanger les informations la technologie en question s’appuie sur la propagation de la lumière dans le vide et dans l’air. Plus rapides, plus sûres, plus compactes et plus faciles à déployer que les technologies actuelles, les communications optiques ne nécessitent pas de bande de fréquence allouée, sont difficiles à intercepter et à brouiller. De plus, elles ont l’avantage d’être compatibles avec les technologies télécoms terrestres ultra haute capacité (jusqu’à plusieurs Tbit/s), bénéficiant ainsi de la maturité technologique de l’industrie télécoms.

En ce qui concerne les télécommunications optiques inter-satellites, autrement dit les OISL (Optical Inter Satellite Links) elles sont d’ores et déjà répandues au sein de constellations télécom, de défense et également d’observation terrestre. La constellation Starlink de Space X, par exemple est doté de communications optiques inter-satellites. Au même titre, l’européen Telesat prévoit de munir sa constellation télécom Lightspeed de terminaux OISL d’ici 2023 alors que les agences gouvernementales américaines, la SDA et la DARPA, ont des projets OISL, respectivement pour les constellations de connectivité et de surveillance militaires Tracking et Transport Layer ainsi que les projets Blackjack et Space-BACN de la DARPA.

Bien que les communications optiques soient utilisées depuis les années 1980 pour leur sécurité et leurs débits supérieurs, les acteurs des télécommunications spatiales ont jusqu’à présent privilégié la technologie de transmission radio pour les liens sol-espace en raison de contraintes historiques. En effet, sur Terre, ces communications lasers sont limitées par les turbulences atmosphériques. Les perturbations, causées par l’hétérogénéité et les mouvements permanents de l’air, affectent la phase et l’intensité du faisceau lumineux, dégradant la qualité du lien lorsqu’il traverse l’atmosphère terrestre. Toutefois, des solutions de compensation de la turbulence atmosphérique existent.

S’appuyant sur sa technologie Multi-Plane Light Conversion (MPLC), Cailabs a développé une station sol optique clé en main capable de compenser la turbulence atmosphérique et garder vos transmissions intactes. Les stations sol TILBA®-OGS permettent d’établir vos réseaux de télécommunications spatiales très haut débit en :

Permettant des communications optiques au-delà de 10 Gbps, aux standards CCSDS ou SDA
Augmentant la portée et la robustesse des communications laser en présence de turbulence atmosphérique grâce aux briques technologiques TILBA®-ATMO et TILBA®-IBC
Compatible multi-mission et opérable à distance
Evolutive vers les besoins futurs de feeder links Tbps grâce à la combinaison cohérente de TILBA®-CBC

Le ministère des Armées , l’AID (Agence de l’Innovation de Défense), la DGA (Direction Générale des Armées), la SSC (Swedish Space Corporation) ainsi que l’entreprise CONTEC font confiance aux OGS de Cailabs.

Références :