FAQ - Aérospatial et Défense

Les communications optiques en espace libre (FSO) sont une technologie qui transmet des données à l’aide d’un faisceau lumineux circulant dans l’air, le vide ou l’espace, sans recourir à des câbles physiques. Au lieu de fibres optiques, les systèmes FSO utilisent des lasers pour établir un lien optique sans fil entre deux points.

Les liens de communications optiques en espace libre (FSO) permettent une transmission de données laser à très haut débit à travers l’atmosphère ou dans l’espace selon plusieurs configurations :
✓ Liens satellite-à-satellite : entre satellites LEO, MEO ou GEO, dans la même orbite ou entre différents plans orbitaux.
✓ Liens satellite-sol : entre satellites (LEO, MEO, GEO) et stations sol optiques (OGS), en uplink comme en downlink.
✓ Liens sol-sol : entre deux sites terrestres en ligne de visée directe.
✓ Liens HAPS et UAV : entre plateformes en haute altitude ou drones et les segments sol ou espace.

Les différences majeures entre communications optiques et RF découlent de leurs fréquences de fonctionnement. Les communications optiques offrent une bande passante beaucoup plus large, des débits jusqu’à 100 fois plus élevés, une latence plus faible, une meilleure sécurité et discrétion grâce à la forte directivité du faisceau et une immunité totale aux interférences électromagnétiques. À l’inverse, les communications RF sont moins sensibles aux conditions atmosphériques et à la turbulence atmosphérique, capables de fonctionner sans ligne de visée directe.

La turbulence atmosphérique correspond aux variations aléatoires de température et de densité de l’air, qui provoquent des fluctuations de l’indice de réfraction. Pour les liaisons optiques, cela engendre un déplacement du faisceau (beam wandering), de la scintillation et un affaiblissement du signal, ce qui dégrade la qualité et la stabilité des communications, surtout pour les liens espace-sol.

Plusieurs techniques avancées permettent de réduire l’impact de la turbulence et de maintenir une liaison optique stable :
✓ MPLC (Multi-Plane Light Conversion, par Cailabs) : en mettant en forme les modes optiques pour rendre le faisceau plus résilient à la turbulence, améliorant le couplage et la stabilité du signal.
✓ Optique adaptative : en corrigeant en temps réel les distorsions du front d’onde via des miroirs mécaniques et déformables.
✓ Diversité spatiale : en utilisant plusieurs émetteurs, récepteurs ou ouvertures pour moyenner les fluctuations et réduire l’affaiblissement du signal.

Les standards en communication optique garantissent l’interopérabilité, la fiabilité et la cohérence des performances entre des systèmes développés par différents fabricants ou utilisés dans des environnements variés. Ils définissent les protocoles, les longueurs d’onde, les formats de modulation et les spécifications d’interface permettant aux équipements de fonctionner ensemble de manière transparente. En suivant des standards reconnus, l’industrie des communications optiques assure compatibilité, évolutivité et sécurité, tout en accélérant l’adoption des technologies et en réduisant les coûts de déploiement.

Plusieurs standards internationaux encadrent les communications optiques, selon le domaine d’application et l’environnement :
✓ SDA (Space Development Agency) : définit des standards pour les liaisons optiques inter-satellites (OISL) afin d’assurer l’interopérabilité entre les satellites de différents fabricants et opérateurs au sein de grandes constellations.
✓ CCSDS (Consultative Committee for Space Data Systems) : établit les standards pour les liaisons optiques espace-sol et inter-satellites, couvrant les formats de modulation, les schémas de codage, la synchronisation et les protocoles de liaison utilisés par les agences spatiales du monde entier.
✓ ESTOL (European Space Optical Link) : spécifie les standards européens pour les interfaces et les performances des terminaux optiques, favorisant la compatibilité entre missions spatiales gouvernementales et commerciales. »

La SDA développe un standard unifié de terminal de communication optique (OCT) visant à garantir l’interopérabilité entre satellites de fabricants et d’opérateurs différents.

Elle suit une approche dite de “développement en spirale”, dans laquelle de nouvelles capacités sont introduites par itérations successives, appelées « tranches », publiées environ tous les deux ans :

✓ Tranche 0 (T0) : première phase de démonstration, validant l’interopérabilité de base des liaisons optiques inter-satellites (OISL) via le standard OISL v2.x.
✓ Tranche 1 (T1) : déploiement du standard OCT v3.x–4.0.0, étendant les capacités aux liaisons espace-espace (S2S), espace-sol (S2G) et autres types de liens.

TILBA® s’appuie sur trois technologies fondamentales, TILBA®-ATMO, TILBA®-IBC et TILBA®-CBC, toutes dérivées de la technologie propriétaire Multi-Plane Light Conversion (MPLC) de Cailabs.
✓ TILBA®-ATMO assure l’atténuation de la turbulence en réception (Rx) sans optique adaptative, grâce à une approche entièrement passive et non mécanique.
✓ TILBA®-IBC utilise l’Incoherent Beam Combining pour l’atténuation de la turbulence en émission (Tx), améliorant la robustesse de la transmission en conditions atmosphériques turbulentes.
✓ TILBA®-CBC exploite le Coherent Beam Combining pour améliorer les performances en émission en alignant la phase de plusieurs faisceaux laser afin d’obtenir une sortie unique, puissante et cohérente.

Une communication optique bidirectionnelle permet un échange de données simultané dans les deux sens entre deux terminaux. Par exemple, elle utilise des canaux optiques séparés pour l’uplink (sol → espace) et le downlink (espace → sol). Cela permet une communication en temps réel, une synchronisation efficace et un flux de données continu.

TILBA®-OGS est une station sol optique clé en main développée par Cailabs, permettant des communications optiques bidirectionnelles satellite-sol à des débits de 10+ Gbit/s.
Elle intègre des briques technologiques issues de la technologie brevetée MPLC (Multi-Plane Light Conversion) de Cailabs. TILBA®-OGS inclut notamment les modules TILBA®-ATMO pour mitiger la turbulence atmosphérique en réception (Rx), et TILBA®-IBC pour mitiger la turbulence atmosphérique en émission (Tx).

Une station sol optique intègre des sous-systèmes optiques, électroniques et de contrôle avancés permettant des opérations de communication laser précises et fiables :
✓ Pointage, Acquisition & Tracking (PAT) : assure l’alignement précis avec les satellites en mouvement pour des liaisons stables.
✓ Balise et laser d’uplink : fournissent les signaux de référence et de transmission pour le suivi et la communication avec le satellite.
✓ Surveillance météorologique et de la turbulence : analyse en continu les conditions atmosphériques afin d’optimiser les performances du lien.
✓ Modules de mitigation de turbulence : TILBA®-ATMO (Rx) et TILBA®-IBC (Tx) compensent les distorsions atmosphériques grâce au façonnage passif de faisceau basé sur MPLC.
✓ Data Communication (COM) : gère la modulation, la démodulation et l’échange de données à très haut débit.
✓ Monitor & Control Management (MCM) : supervise l’état du système, la télémétrie et la coordination réseau.
✓ Infrastructure : comprend le dôme, l’alimentation et les systèmes environnementaux garantissant un fonctionnement stable et sécurisé.

Une station sol optique peut traiter tous les types de données échangées entre les segments spatial et terrestre, selon la mission et l’architecture du réseau.
Cela inclut des données scientifiques et d’observation de la Terre, du trafic de communication à haut débit, des signaux de commande et de télémétrie, des données gouvernementales ou de défense sécurisées et chiffrées.
En résumé, toute donnée numérique pouvant être modulée sur un support optique peut transiter via une station sol optique.

TILBA®-OGS est conçu pour être interopérable avec les standards SDA et CCSDS et sera mis à niveau pour le standard ESTOL.

TILBA®-OGS peut être adapté et mis à niveau pour être interopérable avec la technologie de communication sécurisée QKD.

TILBA®-LOS est une solution sol-à-sol développée par Cailabs, permettant une communication optique bidirectionnelle à 10 Gbit/s sur des distances supérieures à 10 km.
Elle s’appuie sur l’expertise de Cailabs en mitigation de la turbulence atmosphérique, ce qui permet de gérer efficacement les distorsions induites par l’atmosphère et d’améliorer significativement la stabilité et la résilience du lien optique par rapport aux systèmes LOS classiques.

TILBA®-LOS permet des communications laser ultra-directionnelles, discrètes et sécurisées, totalement indétectables par les capteurs RF traditionnels et immunisées contre le brouillage.

Les terminaux TILBA®-LOS peuvent fonctionner en configuration de relais, permettant de transmettre des données d’un terminal à un autre de manière fluide.
Cette architecture rend possible la création d’un réseau optique entièrement maillé, où chaque nœud peut recevoir, amplifier et retransmettre le signal optique afin d’étendre la portée et la couverture du réseau.

Optical Ground Station (OGS) désigne une station sol optique, équipée de télescopes et de matériels de communication laser, conçue pour établir des liaisons optiques à haut débit avec des satellites (par exemple LEO, MEO, GEO).

Les systèmes Line of Sight (LOS) permettent une communication laser directe point-à-point entre deux terminaux optiques. Les systèmes LOS sont principalement décrits pour les communications optiques sol-sol, où les spécifications liées aux obstructions et les contraintes d’alignement sont plus critiques que pour les liaisons sol-satellite.

La technologie Multi-Plane Light Conversion (MPLC) est un système optique breveté par Cailabs, passif et à faibles pertes, qui convertit et façonne la lumière laser en la faisant passer à travers une série de profils de phase transverses espacés à des distances de propagation spécifiques.

La Free-Space Optical Communication (FSOC) désigne une technologie de télécommunication utilisant un faisceau lumineux, généralement un laser, pour transmettre des données à travers l’espace libre, sans fibre optique. Le lien optique peut être établi sol-sol, sol-espace ou espace-espace.

Le Consultative Committee for Space Data Systems (CCSDS) est un organisme international de normalisation qui élabore des normes techniques visant à garantir l’interopérabilité entre les agences spatiales du monde entier.

La Space Development Agency (SDA) est une agence du Département de la Défense des États-Unis chargée de déployer rapidement des constellations de satellites résilientes et des liaisons optiques pour les besoins de la sécurité nationale.

La ESA Specification for Terabit/sec Optical Links (ESTOL) est une spécification développée par l’Agence spatiale européenne (ESA), en collaboration avec l’industrie et les partenaires académiques. Elle définit les exigences de couche physique et de couche liaison de données pour les liaisons optiques bidirectionnelles à très haut débit entre satellites et entre l’espace et le sol.

La Quantum Key Distribution (QKD) est une technologie de communication sécurisée qui utilise les principes de la mécanique quantique pour générer et échanger des clés de chiffrement entre deux parties. En transmettant des photons individuels portant de l’information quantique, la QKD garantit que toute tentative d’interception perturbe le signal et devient immédiatement détectable.