Les satellites font désormais partie de notre vie quotidienne, et nous en sommes tous des usagers directs ou indirects. Pour l'information, la connaissance scientifique, l'économie... la guerre même, nos sociétés modernes sont totalement tributaires des satellites qu'elles ont lancés par milliers depuis la fin des années cinquante. Qu'ils soient scientifiques, commerciaux ou militaires, tous les satellites exploitent au moins l'une des caractéristiques qui font tout l'intérêt de la conquête de l'espace : se placer en position élevée au-dessus de la Terre, sortir de l'atmosphère terrestre, placer des objets ou des hommes en état d'apesanteur. Un satellite est un objet qui se déplace autour d'un astre d'un mouvement périodique, sur une trajectoire (ou orbite) conforme aux lois de Kepler. Cette définition s'applique aussi bien à un satellite naturel (la Lune par exemple, satellite de la Terre) qu'à un satellite construit par l'homme. Il a fallu attendre 1957 pour que soit lancé le premier satellite artificiel. Trente ans plus tard, on savait placer sur orbite un objet d'une centaine de tonnes. Complétez votre recherche en consultant : Les corrélats Kepler Johannes Les conditions de fonctionnement du satellite La trajectoire. Suivant sa mission, une fois placé sur orbite par le lanceur, le satellite évolue sur une trajectoire elliptique dont le centre de la Terre ou celui d'une autre planète occupe l'un des foyers. L'allongement de l'ellipse peut être très faible ou extrêmement grand. L'orbite peut être basse (de l'ordre du millier de kilomètres, rarement au-dessous de 200 km), ou haute (plusieurs dizaines de milliers de kilomètres). Le satellite est « à défilement » lorsqu'il ne repasse pas de tour en tour au-dessus de la même région ; il est « géostationnaire » lorsqu'il reste à la verticale d'un point du globe. Complétez votre recherche en consultant : Les médias astronautique - mise en orbite d'un satellite Les livres astronautique - mise à poste d'un satellite, page 424, volume 1 La durée de vie. Les frottements d'un satellite circulant autour de la Terre avec les gaz atmosphériques conduisent à une « usure » de son orbite. D'elliptique, l'orbite tend à devenir circulaire, puis le rayon de cette orbite décroît peu à peu. Lorsqu'il est descendu à une distance voisine de 130 km, le satellite pénètre dans des couches denses de l'atmosphère qui le freinent sensiblement. Il s'échauffe pour finalement s'enflammer et se désagréger en morceaux qui, très généralement, sont entièrement consumés vers 60 km d'altitude. Il arrive cependant que des débris partiellement consumés parviennent jusqu'à terre : tel fut, par exemple, le cas de Skylab, dont un morceau pesant 500 kg fut retrouvé sur le sol australien. Complétez votre recherche en consultant : Les corrélats débris spatiaux Skylab Les contraintes. Le satellite est soumis, lors de son lancement, pendant environ un quart d'heure, à de très fortes accélérations et vibrations. Il doit ensuite remplir des tâches complexes pendant une très longue durée dans un environnement apportant des contraintes extrêmes : vide très poussé, rayonnements, flux de particules cosmiques. Son mouvement orbital l'amène à être alternativement éclairé par le Soleil et caché dans l'ombre de la Terre, le soumettant à de fortes variations de température (par exemple, - 100 o C / + 100 o C). La conception, la réalisation, les essais et les contrôles doivent tenir compte de ces impératifs. Le premier satellite, Spoutnik-1, n'avait tourné que 21 jours. Les satellites commerciaux actuels sont conçus pour fonctionner sept ans au moins. Certains satellites sont toujours en ordre de marche dix ans après leur lancement, et l'on vise maintenant des durées de vie de quinze ans. Complétez votre recherche en consultant : Les corrélats Spoutnik Complétez votre recherche en consultant : Les livres satellites - traces du survol de la Terre par des satellites à défilement, page 4643, volume 9 satellites - le satellite américain Magellan fixé au sommet de son lanceur, avant son départ vers Vénus, page 4644, volume 9 Structure et exploitation du satellite Tout satellite comprend deux parties : la plate-forme, qui supporte la charge utile et assure les fonctions de base indispensables, et la charge utile elle-même, qui assure les fonctions propres à sa mission (par exemple, les relais téléphoniques ou l'appareil d'observation astronomique). La plate-forme. La plate-forme rassemble les systèmes qui permettent d'assurer six fonctions : 1. Apporter une structure mécanique pour accueillir tous les éléments fonctionnels du satellite et le fixer sur le lanceur ; on y emploie les matériaux les plus évolués, alliant la rigidité et la légèreté : métaux légers, fibres de carbone ou de Kevlar, et surtout matériaux composites. 2. Contrôler la température des équipements. Ceux-ci ne peuvent fonctionner qu'à l'intérieur d'un domaine de températures restreint (par exemple, de - 10 o C à + 40 o C). Pour limiter les variations de température dues à l'exposition au Soleil, le satellite est recouvert de feuilles d'un matériau réfléchissant et d'un revêtement multicouche superisolant. En même temps, des radiateurs renvoient vers l'extérieur l'énergie thermique dissipée par les équipements internes. 3. Atteindre l'orbite de mission ou assurer les changements d'orbite : le satellite comporte alors un système de propulsion, avec moteur et réserve d'ergols. Il faut par ailleurs apporter des corrections fines à l'orbite suivie qui se dégrade : c'est le rôle de plusieurs petits moteurs-fusées. 4. Assurer le contrôle d'attitude. Suivant sa mission, le satellite doit conserver une orientation dans l'espace, définie par rapport à la Terre, au Soleil, aux étoiles lointaines. Ce contrôle peut s'effectuer de manière passive, comme c'est le cas sur Météosat qui tourne sur lui-même à la manière d'une toupie ; ou de manière active, comme sur Spot, à l'aide de « roues à réaction » que des moteurs font tourner en sens inverse du mouvement que le satellite tend à prendre. 5. Alimenter en énergie les équipements. L'énergie solaire est la plus utilisée, à partir généralement de diodes au silicium, en particulier pour les satellites civils en orbite autour de la Terre. Pour le passage dans l'ombre de la Terre, elle est stockée à bord dans des batteries. Le satellite peut donc être recouvert de cellules solaires, ou bien déployer, une fois en orbite, des panneaux solaires qui sont ensuite maintenus orientés en direction du Soleil pendant le mouvement orbital. Les surfaces de panneaux sont d'autant plus grandes que la durée de vie des satellites augmente, le rendement des cellules diminuant avec le temps. Une puissance de seulement 100 watts demande un panneau de 1,5 m2. Des sources d'énergie nucléaire ont été utilisées par les États-Unis et l'ex-URSS pour l'alimentation d'une bonne quarantaine de satellites. Quelques-unes fonctionnent comme de véritables petits réacteurs à fission (tel le SNAP-10A américain). D'autres, les plus nombreuses, utilisent la conversion en électricité de la chaleur dégagée par la désintégration naturelle d'un élément radioactif comme le plutonium 238 : c'est le cas à bord de la trentaine de satellites de reconnaissance militaires Rorsat lancés par l'ex-URSS. 6. Adresser des informations au sol, recevoir des instructions du sol. Tout au long de son existence, le satellite doit informer les stations de contrôle au sol de l'état de tous ses équipements à travers des centaines, sinon des milliers de mesures. En sens inverse, les stations de contrôle doivent pouvoir agir sur le satellite, pour modifier des réglages, mettre en oeuvre des procédures de secours en cas de panne. Enfin, il est nécessaire de suivre avec une extrême précision la position et la vitesse du satellite. Toutes ces informations dans les deux sens passent par un système d'émetteursrécepteurs radioélectriques à haute fréquence. Une fois le satellite correctement mis en orbite, les stations de contrôle TTC (chargées du suivi de la trajectoire, de la télémesure et de la télécommande) entrent en action et suivent jour après jour son comportement. Le Centre national d'études spatiales français, par exemple, exploite un réseau constitué de quatre stations situées à Aussaguel (près de Toulouse), à Kourou (en Guyane), à Hartebeesthoek (en Afrique du Sud) et aux îles Kerguelen. Toutes les informations sont adressées à un centre de contrôle unique qui décide des interventions sur le satellite. À ces six fonctions, il faut ajouter, dans le cas des satellites habités, une septième fonction qui est d'assurer la vie et le confort de l'équipage : renouvellement de l'air, alimentation en eau, ravitaillement, hygiène, etc. Voir le dossier astronautique. Complétez votre recherche en consultant : Les corrélats apogée (moteur d') CNES (Centre national d'études spatiales) ergol génératrice génératrice - Les générateurs divers Kevlar Meteosat photoélectricité SPOT (Système probatoire d'observation de la Terre) La charge utile. L'appareillage permettant au satellite de réaliser la mission pour laquelle il a été conçu fonctionne sous le contrôle d'un réseau particulier de stations au sol. Un ensemble de moyens d'émission et de réception permet d'échanger des informations avec le satellite : par exemple, le transit de milliers de liaisons téléphoniques par l'intermédiaire d'un satellite de télécommunications, ou la réception des images codées sous forme numérique d'un satellite de télédétection. Des centres d'exploitation spécialisés mettent en forme ces informations pour leurs utilisateurs qui, eux-mêmes, comme c'est généralement le cas pour les missions scientifiques, leur font éventuellement subir de nouveaux traitements. Complétez votre recherche en consultant : Les corrélats télécommunications - Les télécommunications spatiales télédétection télédiffusion (satellite de) Essais et contrôles. L'extrême complexité de fonctionnement d'un satellite, la densité d'éléments qu'il réunit, le grand nombre de constructeurs qui participent à sa réalisation conduisent à passer par une étape essentielle appelée « intégration », qui peut durer plus d'un an : montage complet en « salle blanche » (en atmosphère dépoussiérée) de tout le satellite tel qu'il doit être placé sur le lanceur, suivi d'essais. À l'intérieur d'un caisson de simulation, il subit, sous vide poussé, des cycles thermiques simulant des passages alternés au Soleil et dans l'ombre de la Terre. Des contrôles de toutes sortes sont effectués. Le relevé de milliers de mesures permettra de faire des tests de bon fonctionnement juste avant le lancement, lorsque le satellite aura été transporté jusqu'à la base de lancement et placé sur le lanceur. Complétez votre recherche en consultant : Les corrélats centre spatial simulation Dépannage. Le coût d'un satellite est tel que diverses procédures de dépannage ont été expérimentées ou développées, soit faisant intervenir des spationautes, soit télécommandées depuis le sol. Dans la première catégorie se situent les nombreuses interventions des hôtes des stations orbitales sur leur propre vaisseau, tels Skylab, Saliout ou Mir, avec ou sans sortie extravéhiculaire. S'y ajoutent les spectaculaires opérations réalisées avec la navette américaine : récupération, réparation et remise à poste du satellite Solar Maximum Observatory ; récupération pour un retour sur la Terre des satellites Palapa B-2 et Westar-6. Dans la seconde catégorie entrent de nombreuses opérations de sauvetage utilisant toutes sortes de ressources techniques : commutation de circuits équivalents, secousses imposées pour débloquer un système mécanique, reprogrammation plus ou moins importante de la mission. Complétez votre recherche en consultant : Les corrélats Mir Saliout Skylab spationaute station orbitale Évolution. Les applications se développant en même temps qu'évoluent les techniques (par exemple la miniaturisation de l'électronique), la conception des satellites ne cesse de se diversifier. On assiste en particulier à l'apparition de satellites plus petits (les moins de 100 kg n'étant plus des raretés), moins chers, plus rapidement disponibles. On conçoit des plates-formes pouvant recevoir les charges utiles les plus variées, et les méthodes de production elles-mêmes se modifient pour construire, dans de brefs délais et à un coût très étudié, des séries importantes d'un même modèle (telles les constellations d'une soixantaine de satellites de télécommunication). Complétez votre recherche en consultant : Les corrélats lanceurs - Les lanceurs du futur télécommunications - Les télécommunications spatiales Complétez votre recherche en consultant : Les corrélats C osmos Éole espace (droit de l') Freedom Intelsat Landsat Molnia navigation (satellite de) observation (satellite d') Seatsat Spoutnik Symphonie TDF (satellite) Telstar Les médias satellites et communication Les livres Ariane 4 et Ariane 5, page 343, volume 1 informatique - traitement d'images satellites par informatique, page 2519, volume 5 Intelsat, page 2540, volume 5 météorologie - satellite géostationnaire à usage météorologique, page 3163, volume 6 satellites - assemblage d'un satellite, page 4642, volume 9 satellites - assemblage d'un satellite (type Arabsat), page 4643, volume 9 satellites - tests thermiques dans une chambre d'essais, page 4644, volume 9 satellites - fabrication d'une antenne, page 4644, volume 9 satellites - le centre de télécommunications de Bercenay-en-Othe, près de Troyes, page 4644, volume 9 satellites - photo satellite d'un porte-avions soviétique en construction sur la mer Noire, page 4644, volume 9 satellites - récupération du satellite Intelsat VI par des astronautes (13 mai 1992), page 4645, volume 9 satellites - vue de Koweït City prise par le satellite de télédétection français Spot1, le 30 mars 1987, page 4645, volume 9 Telstar, page 5096, volume 9 télécommunications - satellites Telecom 1et 2, page 5098, volume 9 télécommunications - satellites Telecom 1 et 2, page 5100, volume 9 télécommunications - le satellite Italsat lancé en 1991, page 5101, volume 9 astronautique - Spoutnik 1, page 419, volume 1 astronautique - Hipparcos, page 424, volume 1 Complétez votre recherche en consultant : Les corrélats Ariane astronautique espace - 2.ASTRONAUTIQUE lanceurs orbite Les livres satellites - satellite Telecom 2, page 4642, volume 9 Les indications bibliographiques A. Lebeau, l'Espace en héritage, Odile Jacob-Seuil, Paris, 1986. R. S. Lewis, les Découvertes spatiales, Bordas, Paris, 1985. Le Grand Atlas de l'espace, Encyclopaedia Universalis, 1989.
