LES SATELLITES DE TELECOMMUNICATION

Les satellites utilisés à l'époque actuelle se répartissent en quatre grandes catégories : les satellites d'observation de la Terre, les satellites de navigation, les satellites de télécommunication et les satellites scientifiques d'observation de l'univers. Selon les types de mission, les orbites (trajectoires) des satellites sont différentes. Ainsi en observation de la Terre les contraintes d'observabilité de la quasi-totalité de la surface de la Terre impliquent l'utilisation d'orbites basses défilantes alors que pour des télécommunications permanentes on utilise des orbites géostationnaires grâce auxquelles le satellite apparaît comme s'il était fixe par rapport à une antenne d'émission-réception située au sol (il tourne autour de la Terre exactement comme la Terre tourne sur elle-même). Une seule orbite possède cette caractéristique : l'orbite géostationnaire qui se situe à 35.786 km d'altitude (42.165 km de rayon à partir du centre de la Terre), dans le plan de l'équateur (inclinaison nulle) et qui est circulaire (excentricité nulle).

TEMPS DE TRANSIT

La vitesse de la lumière étant de 299.792,458 km/s, les communications entre le sol et les satellites géostationnaires prennent 0.12s pour chaque trajet. Prenons à titre d'exemple une communication entre deux points au sol (par exemple un ordinateur dans une entreprise rurale et un serveur dans un centre administratif urbain). L'aller-retour entreprise-satellite-serveur-satellite-entreprise comprend quatre trajet et prend donc au minimum 0.48s, et ce sans compter les temps de transit dans les divers équipements. Ce temps est très long comparé aux temps de transit que l'on rencontre dans les liaisons filaires par exemple. Ceci implique que certaines applications hautement interactives sont très fortement dégradées avec des liaisons de ce type. Les communications internet basées sur les technologies TCP/IP (Transfer Communication Protocol/Internet Protocol) nécessitent de nombreux allers-retours, y compris pour une simple consultation de page internet: envoi d'une requête « GET » par un navigateur au serveur, acquittement de la réception de la requête par le serveur, envoi de la page Web en retour, acquittement par le navigateur qu'il a bien reçu la page, le tout découpé en plusieurs paquets de taille limitée et agrémenté de données de contrôle d'intégrité et éventuellement de répétitions de paquets en cas de mauvaise réception. Ces délais étaient la raison majeure qui avait conduit à la fin des années 1990 (avant l'arrivée de l'ADSL) la création du projet SkyBridge, pour les applications Internet interactives et la vidéo en ligne (Le nom initial du projet SkyBridge était SatiVOD pour « Video On Demand »), projet composé d'une constellation de 80 satellites en orbite basse et abandonné depuis en raison de son coût et de sa complexité technique.

TELEDIFFUSION

Les satellites géostationnaires sont par contre parfaitement adaptés à la télédiffusion directe, c'est leur domaine d'application privilégié. L'émission du signal est alors effectuée depuis un centre au sol vers le satellite, qui la diffuse alors sur une zone large (typiquement un pays). Il n'y a aucune réponse des antennes des particuliers vers le satellite ou le centre d'émission. Le signal télévision reçu est globalement décalé de 0.24s par rapport à sa date d'émission, mais en l'absence d'interaction ce délai n'est pas gênant, car la télévision directe n'utilise pas les protocoles TCP/IP avec tous ses allers-retours et toutes ses données de contrôle et ses répétitions.

ÉVOLUTIVITE

La mise en place d'un satellite géostationnaire de télécommunication passe par la phase de lancement, puis par une phase dénommée « mise à poste » qui dure plusieurs semaines et comprend plusieurs manœuvres. Cette phase de mise à poste consomme la quasi-totalité du carburant embarqué à bord du satellite. Une fois à poste, le carburant restant est utilisé pour réaliser le « maintien à poste » qui garantit que le satellite reste à la position qui lui a été assignée sur l'orbite géostationnaire. Il n'y a pas assez de carburant pour ramener le satellite sur Terre. Il n'est pas non plus possible d'envoyer à proximité d'un satellite géostationnaire un autre satellite pour refaire le plein, réparer un équipement défaillant ou augmenter la capacité. Les satellites géostationnaires une fois lancés restent dans leur configuration d'origine avec le carburant qui leur a été attribué et une fois tout le carburant consommé ou tous les équipements utiles tombés en panne, on ne peut plus rien en faire. On utilise les dernières réserves de carburant pour relever très légèrement l'orbite et placer ainsi le satellite en « orbite cimetière » où il dérivera indéfiniment sans perturber les autres satellites géostationnaires venus le remplacer. La durée de vie opérationnelle d'un satellite géostationnaire est de l'ordre de grandeur de 15 à 20 ans. Les technologies utilisées, les bandes passantes disponibles sont donc figées pour des durées très longues et non évolutives. Pour augmenter la capacité d'un système spatial, il est nécessaire de lancer de nouveaux satellites, on ne sait pas faire évoluer les satellites existants. La capacité totale du satellite en termes de bande passante, c'est à dire de quantité d'information pouvant transiter à travers ses équipements est donc figée. Dans le cadre de la télédiffusion directe, cette capacité est utilisée pour envoyer de façon globale le même signal à toute une zone (broadcast). Il est donc possible d'augmenter le nombre d'utilisateurs au sol indéfiniment : des millions de téléspectateurs utilisent sans se gêner mutuellement les services des satellites de télédiffusion directe et les opérateurs peuvent prendre en charge de nouveaux abonnés sans difficulté ; il leur suffit de faire fabriquer de nouveaux décodeurs au sol et de les vendre, sans aucun impact sur le segment spatial. Dans le cadre des communications internet, la situation est radicalement différente car chaque utilisateur doit disposer de son propre canal de communication : tout le monde ne regarde pas la même page internet en même temps, les messages électroniques sont envoyés à un destinataire particulier, les transactions commerciales portent sur des comptes bancaires spécifiques, les télé-déclarations des entreprises correspondent à des données propres à chaque entreprise. Chaque donnée est donc différenciée et doit disposer de son canal de communication dédié. Ceci implique que pour une capacité donnée (et comme indiqué plus haut figée dans le temps), cette capacité doit être répartie entre tous les utilisateurs. Le débit disponible pour chacun réduit donc au fur et à mesure que le nombre d'utilisateurs augmente et qu'ils doivent se répartir les capacités. L'avènement de services de plus en plus consommateurs de bande passante (audio et vidéo en streaming, jeux en ligne, photos de résolution toujours croissante ...) sature de plus en plus rapidement ces capacités limitées. Un satellite capable de répondre aux besoins de quelques centaines de milliers d'utilisateurs à un instant donné ne sera capable de répondre aux nouveaux besoins que de deux façons différentes. La première consiste à réduire le nombre d'utilisateurs progressivement pour prendre en compte l'augmentation des volumes par personne. La seconde consiste au contraire à limiter par des mécanismes de quotas les utilisateurs, les empêchant ainsi d'accéder aux nouveaux services au fur et à mesure de leur apparition.