Constellations de satellites
Systèmes de télécommunications par satellite

Les télécommunications par satellites sont l’aboutissement d’une recherche vers des portées et des capacités toujours plus grandes à des coûts aussi faibles que possible.

La Seconde Guerre mondiale favorise l’essor de deux techniques très éloignées : les missiles et les micro‐ondes. La maîtrise atteinte ultérieurement dans l’utilisation conjointe de ces deux techniques ouvre l’ère des télécommunications par satellites. Il apparaît alors que le service ainsi rendu complète favorablement celui fourni jusqu’alors exclusivement par les réseaux au sol (faisceaux hertziens et câbles).

L’ère spatiale débute en 1957 avec le lancement du premier satellite artificiel (Spoutnik). Les années suivantes sont marquées par diverses expérimentations : vœux de Noël du président Eisenhower diffusés par Score (1958), satellite réflecteur Echo (1960), transmission différée par le satellite Courier (1960), satellites répéteurs à large bande Telstar et Relay (1962), premier satellite géostationnaire Syncom (1963).

En 1965, le premier satellite géostationnaire commercial Intelsat I (ou Early Bird) inaugure la longue série des Intelsat ; la même année est lancé le premier satellite de télécommunications soviétiques de la série des Molnya.

Les premiers systèmes à satellite offraient une capacité faible et un coût relativement élevé (Intelsat I : 68 kg au lancement, pour une capacité de 480 voies téléphoniques à un coût annuel par voie de 32 500 $ de l’époque). Ce coût résultait de la conjonction du coût du lanceur, de celui du satellite, de la faible durée de vie du satellite (1,5 an) et de sa faible capacité. L’abaissement du coût est le résultat de nombreux efforts conduisant à la production de lanceurs fiables, capables de mettre en orbite des satellites de plus en plus lourds (3 750 kg au lancement pour Intelsat VI). Par ailleurs, la maîtrise croissante des techniques micro‐ondes a permis d’embarquer des amplificateurs d’émission de puissance plus élevée, d’élaborer des antennes multifaisceaux à faisceaux conformés épousant la forme des continents, de réutiliser la même bande de fréquences, plusieurs fois, d’un faisceau à l’autre. La capacité du satellite s’est accrue, aboutissant à un coût par voie téléphonique réduit (80 000 voies sur Intelsat VI pour un coût annuel par voie de 2 880 $ en 1991).

Au‐delà de la réduction du coût des communications, le fait le plus marquant est la diversification des services offerts. À l’origine, les systèmes de télécommunications par satellite étaient conçus pour acheminer des communications d’un point à un autre, un peu à la manière des câbles, et l’on mettait à profit, pour ce faire, la couverture étendue du satellite pour établir des liaisons à grande distance : ainsi Early Bird permettait‐il de relier deux stations de part et d’autre de l’océan Atlantique. En raison des performances limitées du satellite, les stations terriennes devaient être équipées de grandes antennes, et étaient donc de coût élevé (environ 10 millions de dollars pour une station équipée d’une antenne de 30 m de diamètre). L’accroissement de taille et de puissance des satellites a permis, par la suite, de réduire la taille des stations terriennes, donc leur coût, et par conséquent d’en multiplier le nombre. On a pu ainsi mettre à profit une autre qualité du satellite, également liée à sa couverture étendue, à savoir sa capacité de diffusion ou de collecte : au lieu de transmettre des signaux d’un point à un autre, on transmet d’un émetteur donné vers un grand nombre de récepteurs répartis sur une grande surface, ou inversement on émet depuis un grand nombre de stations vers une station centrale. Ainsi se sont développés les réseaux de transmission de données point à multipoint, les réseaux de radiodiffusion par satellite soit vers des réémetteurs ou des têtes de câble, soit directement chez le particulier (ces derniers étant appelés communément systèmes de télévision directe par satellite), et les réseaux de collecte de données. Ces réseaux mettent en œuvre des stations terriennes de petite taille avec des antennes de diamètre compris entre 0,6 m et 3,5 m pour un coût compris entre 500 $ et 50 000 $. Dès lors, le terminal peut être connecté directement à la station terrienne et l’usager est en mesure de s’affranchir des contraintes de l’infrastructure terrestre, des tarifications monopolistiques, des temps de raccordement. L’usager peut même être mobile, si la station qui le relie au satellite est suffisamment miniaturisée et économe en énergie.

Jusqu’à présent les télécommunications commerciales par satellites ont été réalisées dans leur quasi‐totalité par des satellites géostationnaires. Cette suprématie de satellites géostationnaires touchera à sa fin. En effet, l’attrait des téléphones portatifs et des terminaux mobiles, en tant que supports de communications sans contrainte, disponibles à l’usager où qu’il se trouve, s’accroît sans cesse. Or le satellite géostationnaire, particulièrement intéressant pour des stations fixes en raison de sa position immuable dans le ciel qui permet d’éviter la poursuite par l’antenne, présente dans le cas de stations portatives ou mobiles des inconvénients majeurs : angle de site de l’ordre de 35^o aux latitudes moyennes avec risque d’écran fréquent pour les ondes par les immeubles ou les arbres du voisinage, trajets multiples générateurs de brouillage d’autant plus important que l’angle de site est faible et le terminal de taille réduite. Les alternatives à l’emploi du satellite géostationnaire sont :

• l’utilisation de satellites sur des orbites elliptiques inclinées, le satellite étant alors quasi stationnaire au‐dessus de la région située à la latitude de son apogée pendant une durée pouvant atteindre plusieurs heures ;

• la mise en œuvre de constellations de satellites en orbite circulaire, les satellites de la constellation défilant à tour de rôle à la verticale du terminal de l’usager, en visibilité de celui‐ci pendant une durée allant d’une dizaine de minutes à environ une heure.

Dans les deux cas, le service ne peut être assuré en permanence par un seul satellite, et la continuité du service impose le défilement au‐dessus de la zone de service de plusieurs satellites se succédant les uns aux autres. Cela complique les techniques d’acheminement du trafic : nécessité de localiser l’usager, transfert de communication en cours d’appel (handover), etc.