{"id":5904,"date":"2022-09-27T15:26:00","date_gmt":"2022-09-27T13:26:00","guid":{"rendered":"https:\/\/www.cailabs.com\/blog\/non-classifiee\/satellite-to-ground-laser-communications-a-step-from-experimentation-to-commercialization\/"},"modified":"2024-05-02T13:39:24","modified_gmt":"2024-05-02T11:39:24","slug":"communications-laser-satellites-sol-de-lexperimentation-a-la-commercialisation","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.cailabs.com\/fr\/blog\/aerospatial-et-defense\/communications-laser-satellites-sol-de-lexperimentation-a-la-commercialisation\/","title":{"rendered":"Communications laser satellites-sol : de l’exp\u00e9rimentation \u00e0 la commercialisation"},"content":{"rendered":"\n

Comme nous l’avons vu dans le dernier article<\/a> de cette s\u00e9rie, la radiofr\u00e9quence ne pourra bient\u00f4t plus r\u00e9pondre aux besoins croissants des communications spatiales, et les technologiques optiques vont avoir un r\u00f4le majeur \u00e0 jouer dans ce domaine.<\/p>\n\n\n\n

Le formidable potentiel qu’offrent les communications optiques en espace libre, aussi bien en termes de d\u00e9bit que de s\u00e9curit\u00e9, a certes de quoi s\u00e9duire, mais la mise en \u0153uvre de cette technologie repose sur un point essentiel : l’infrastructure de r\u00e9ception au sol.<\/p>\n\n\n\n

En effet, un d\u00e9bit multipli\u00e9 par cent ne pr\u00e9sente gu\u00e8re d’int\u00e9r\u00eat si les donn\u00e9es ne peuvent pas \u00eatre correctement r\u00e9ceptionn\u00e9es sur Terre. Bien \u00e9videmment, des exp\u00e9rimentations ont d\u00e9j\u00e0 permis de valider la faisabilit\u00e9 des liaisons laser entre l’espace et la terre.<\/p>\n\n\n\n

Rappel historique<\/h5>\n\n\n\n

Le potentiel de la lumi\u00e8re comme vecteur d\u2019informations dans les r\u00e9seaux fibr\u00e9s sur terre ayant \u00e9t\u00e9 identifi\u00e9, des exp\u00e9rimentations permettant de redescendre de l\u2019information depuis des satellites vers la terre \u00e0 l\u2019aide d\u2019un laser ont eu lieu depuis les ann\u00e9es 90.<\/p>\n\n\n\n

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\"Ets6<\/picture>
Image credit : JAXA<\/em><\/figcaption><\/figure>\n<\/div>\n\n\n\n

En 1995, le satellite g\u00e9ostationnaire ETS-VI de la JAXA (Japan Aerospace Exploration Agency – l\u2019agence spatiale japonaise) a r\u00e9ussi \u00e0 \u00e9tablir pour la premi\u00e8re fois une liaison descendante vers la Terre avec la station sol optique (ou OGS, Optical Ground Station) du National Institute of Information and Communications Technology (NICT) situ\u00e9e \u00e0 Tokyo. L’objectif de la mission ETS-VI \u00e9tait de mettre au point la plateforme satellitaire r\u00e9pondant aux besoins de l’\u00e9poque en mati\u00e8re de services de communication et de diffusion par satellite relay\u00e9s par radiofr\u00e9quence.<\/p>\n\n\n\n

En parall\u00e8le, le satellite embarquait une charge utile exp\u00e9rimentale destin\u00e9e \u00e0 d\u00e9velopper les technologies de communication par satellite du futur (c\u2019est \u00e0 dire les communications optiques en espace libre). La liaison a permis d’\u00e9tablir une communication avec un d\u00e9bit de 1 Mbit\/s. Ce d\u00e9bit \u00e9tait certes inf\u00e9rieur \u00e0 celui de la technologie existante, la radiofr\u00e9quence, et au potentiel offert par les communications optiques en espace libre, mais il a permis de valider le concept et de d\u00e9montrer la faisabilit\u00e9 des communications laser entre l’espace et la Terre.<\/p>\n\n\n\n

Nouvel espace, nouveaux tests<\/h2>\n\n\n\n

Parall\u00e8lement \u00e0 l’\u00e9volution spectaculaire suivie par l’industrie spatiale au cours des derni\u00e8res ann\u00e9es (voir le premier article de cette s\u00e9rie : \u00ab\u202fNew Space\u202f\u00bb\u202f: le nouveau visage du secteur spatial<\/a>), les exp\u00e9rimentations sur les liaisons optiques entre l’espace et la Terre ont consid\u00e9rablement \u00e9volu\u00e9, notamment avec la multiplication des essais de liaisons avec des orbites basses.<\/p>\n\n\n\n

Par exemple, Sony CSL (Computer Science Laboratories) et Kongsberg Satellite Services (KSAT) ont r\u00e9cemment fait la d\u00e9monstration d’une liaison optique descendante entre la Station spatiale internationale (ISS) et la station sol optique KSAT situ\u00e9e en Gr\u00e8ce. La liaison a \u00e9t\u00e9 \u00e9tablie depuis l’ISS gr\u00e2ce \u00e0 un petit terminal de communication optique nomm\u00e9 SOLISS, d\u00e9velopp\u00e9 par Sony CSL et l’Agence japonaise d’exploration a\u00e9rospatiale (JAXA).

Une autre cons\u00e9quence de l\u2019\u00e9closion du New Space: la liaison optique est d\u00e9sormais \u00e9mise depuis un satellite de petite taille, comme celui utilis\u00e9 pour la mission PIXL-1. Cette mission est un d\u00e9monstrateur technologique visant \u00e0 tester une charge utile de communication optique d\u00e9velopp\u00e9e par le Centre a\u00e9rospatial allemand (DLR) et TESAT pour \u00eatre int\u00e9gr\u00e9e dans un CubeSat 3U. L’objectif de la mission est de capturer des images haute r\u00e9solution depuis l’espace et de les transf\u00e9rer vers la Terre. Pour cela, le satellite pourra pointer vers l\u2019OGS transportable (TOGS) du DLR pr\u00e8s d’Oberpfaffenhofen, en Allemagne, et sera associ\u00e9 au r\u00e9seau Nucleus.<\/p>\n\n\n\n

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\"CubeLCT-ballpen\"\/
Cr\u00e9dit image : TESAT<\/em><\/em><\/figcaption><\/figure>\n<\/div>\n\n\n\n

La nature m\u00eame de ces missions fait \u00e9merger diff\u00e9rents d\u00e9fis techniques. Tout d’abord, un satellite en orbite basse n’est, par d\u00e9finition, pas g\u00e9ostationnaire. Il traverse le ciel \u00e0 grande vitesse et n’est visible d’un point au sol que quelques dizaines de minutes au maximum. Ces missions sont donc bien plus complexes qu’avec un syst\u00e8me g\u00e9ostationnaire, car la station sol et le satellite doivent se suivre et se pointer dynamiquement avec une grande pr\u00e9cision.<\/p>\n\n\n\n

De plus, dans ce type de communication entre un satellite et le sol, la liaison optique est perturb\u00e9e par des turbulences atmosph\u00e9riques qui peuvent d\u00e9grader la qualit\u00e9 du signal. Pour corriger ce ph\u00e9nom\u00e8ne, diff\u00e9rentes solutions techniques doivent \u00eatre mises en place. Quoi qu’il en soit, toutes ces exp\u00e9rimentations montrent que les barri\u00e8res sautent progressivement, \u00e0 la faveur d’une technologie qui gagne en maturit\u00e9 et d’un nouvel environnement spatial offrant plus de flexibilit\u00e9.<\/p>\n\n\n\n

Pourquoi les communications laser ne sont-elles pas encore devenues la norme pour les liaisons satellites-sol ?<\/h5>\n\n\n\n

Malgr\u00e9 la multiplication des missions \u00e9voqu\u00e9es pr\u00e9c\u00e9demment et un potentiel quasi illimit\u00e9 en termes de d\u00e9bit et de capacit\u00e9 d’\u00e9change de donn\u00e9es, les communications laser ne sont pas encore parvenues \u00e0 s’imposer pour les liaisons satellites-sol. En pratique, les lasers sont cantonn\u00e9s aux missions exp\u00e9rimentales alors que la radiofr\u00e9quence reste largement utilis\u00e9e pour les liaisons op\u00e9rationnelles.

Comme c’est souvent le cas avec les nouvelles technologies, la perc\u00e9e des communications laser dans l’industrie spatiale d\u00e9pend du rapport entre les besoins du march\u00e9 et les risques de mise en \u0153uvre pour les utilisateurs, qui sont de deux ordres : les risques technologiques, car il s’agit de parier sur un outil qui manque de maturit\u00e9 par rapport \u00e0 la solution historique, et les risques financiers, li\u00e9s \u00e0 la mise en \u0153uvre de la technologie et qui doivent \u00eatre support\u00e9s par l’utilisateur.

Dans le cas des liaisons optiques satellites-sol, ce rapport penche en faveur de la perc\u00e9e de la technologie laser sur le march\u00e9. D’une part, les besoins en communications spatiales ne cessent d’augmenter, soutenus par le nouveau contexte du secteur spatial d\u00e9crit dans le premier article de cette s\u00e9rie<\/a>. De plus, il est d\u00e9sormais \u00e9tabli que la radiofr\u00e9quence ne pourra pas r\u00e9pondre \u00e0 l’explosion des besoins, ce qui augmentera m\u00e9caniquement la demande du march\u00e9 \u00e0 l’\u00e9gard des communications spatiales par laser.<\/p>\n\n\n\n

D’autre part, les nombreuses exp\u00e9rimentations qui ont \u00e9t\u00e9 men\u00e9es (cet article n’en pr\u00e9sente que quelques-unes) ont permis de r\u00e9duire fortement les risques technologiques des communications par laser, promettant leur fiabilit\u00e9 \u00e0 tr\u00e8s court terme. Enfin, les risques intrins\u00e8ques, notamment la couverture nuageuse (les nuages bloquent en effet les transmissions laser), peuvent \u00eatre facilement g\u00e9r\u00e9s en multipliant le nombre de stations sur une zone g\u00e9ographique.<\/p>\n\n\n\n

Par exemple, un r\u00e9seau de 10 \u00e0 12 stations interconnect\u00e9es serait suffisant pour couvrir l’Europe et assurer des liaisons fiables depuis l’espace. Ainsi, la ma\u00eetrise des risques technologiques et la hausse de la demande s\u00e9curisent, dans une certaine mesure, l\u2019investissement que demande la mise en \u0153uvre d’un nouveau r\u00e9seau de stations sols optiques. Selon le point de vue, ce risque financier peut \u00eatre per\u00e7u comme une opportunit\u00e9 : le d\u00e9ploiement de l’infrastructure au sol offre en effet une belle carte \u00e0 jouer pour les entreprises qui d\u00e9veloppent des produits et services sur ce march\u00e9.<\/p>\n\n\n\n

Conclusion<\/h5>\n\n\n\n

Depuis 30 ans, les communications optiques satellites-sol n’ont cess\u00e9 de se perfectionner sur le plan technologique. De nombreuses exp\u00e9rimentations, en plus de celles pr\u00e9sent\u00e9es dans cet article, ont d\u00e9montr\u00e9 la faisabilit\u00e9 des communications optiques en espace libre ainsi que leur potentiel dans ce domaine.<\/p>\n\n\n\n

L’\u00e9volution spectaculaire du march\u00e9, dans la dynamique du New Space, se manifeste aujourd’hui par un changement profond des besoins technologiques, qui portent d\u00e9sormais davantage sur les satellites en orbite basse et des charges utiles plus petites. Ce contexte favorise \u00e9galement l’exp\u00e9rimentation des communications laser, avec notamment un acc\u00e8s plus simple et plus abordable \u00e0 l’espace, multipliant les missions tests et les partenariats public-priv\u00e9.<\/p>\n\n\n\n

Toutefois, les communications laser ne se sont pas encore impos\u00e9es pour les liaisons satellites-sol. Mais la demande du march\u00e9 devrait m\u00e9caniquement augmenter, non seulement en raison des difficult\u00e9s de la radiofr\u00e9quence \u00e0 r\u00e9pondre \u00e0 l’explosion des besoins futurs, mais aussi de par l’att\u00e9nuation des risques de mise en \u0153uvre. Ces deux facteurs devraient logiquement favoriser la perc\u00e9e de cette technologie sur le march\u00e9. Le segment des communications optiques offre ind\u00e9niablement de belles opportunit\u00e9s en termes d’infrastructure au sol, avec un r\u00e9seau qui devra int\u00e9gralement \u00eatre d\u00e9velopp\u00e9 au cours des prochaines ann\u00e9es.<\/p>\n\n\n\n

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\"Julien<\/picture><\/figure>\n<\/div>\n\n\n\n
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Par Julien Bayol<\/strong><\/p>\n\n\n\n

Julien Bayol est ing\u00e9nieur en m\u00e9canique INSA, et a suivi un Master en Management \u00e0 la Toulouse Business School. Son domaine d\u2019int\u00e9r\u00eat est port\u00e9 sur les techniques de fabrication de pointe, via l\u2019utilisation de solutions optiques innovantes. A Cailabs, Julien est assistant chef de produit, il contribue au d\u00e9veloppement et \u00e0 la commercialisation des gammes produits CANUNDA et TILBA\u00ae.<\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n\n\n\n

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