Sfera: passage à la mise en pratique

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Le début d'année (période de l'année où les Russes sont en vacances) est propice aux bilans et autres perspectives. Nous continuons à publier les articles du magazine Roussky Kosmos que Roscosmos reprend sur son site.

Après plusieurs étapes de discussions et d'approbations au sein du gouvernement, le projet [Sfera] Sphère fédéral a reçu un plan de développement soutenu par un financement. Dans les années à venir, l'accent sera mis sur le développement de technologies et la création des premiers échantillons d'engins spatiaux. La décision finale sur le nombre et la composition des constellations de satellites sera prise sur la base des résultats présentés.

La pandémie et la nécessité d'aborder les tâches prioritaires de l'État ont apporté certains ajustements aux plans de mise en œuvre du projet fédéral « Sfera ». La création d'une constellation nationale multi-satellites de communications et de télédétection de la Terre (ERS) se poursuivra, mais le processus sera phasé et plus variable.

"Après avoir présenté le projet au gouvernement pour la dernière fois, un certain nombre de réunions ont eu lieu, notamment avec le ministère des Finances, sous la direction du vice-Premier ministre du Complexe de l'industrie de la défense Youri Borisov, ainsi que sous la direction du président. En conséquence, le ministère des Finances a financé les travaux prioritaires du projet Sfera - 7 milliards de roubles pour cette année et 7 milliards supplémentaires par an de 2022 à 2024, a déclaré Sergueï Prokhorov, directeur du département des programmes prospectifs et du projet SFERA. Le top manager de Roscosmos ne cache pas qu'en ce moment Sfera est sérieusement différent de la version originale de 2019. Il estime qu'un concours de circonstances a eu un effet : « Récemment, il y a eu plusieurs événements bien connus qui ont entraîné des dépenses gouvernementales colossales. Il s'agit à la fois d'une pandémie, dont les conséquences ont affecté la situation socio-économique du pays, et de sanctions, qui ont touché un certain nombre d'entreprises et d'industries russes. Je pense que le retard d'approbation et toutes les modifications apportées sont dus à ces circonstances de force majeure. »

Néanmoins, pendant tout ce temps, Roscosmos a continué à développer et à promouvoir la stratégie de développement frontal de la société d'État, basée sur le projet Sfera.

De manière générale, la prochaine étape triennale de Sfera peut être qualifiée de préparatoire : dans son cadre, diverses technologies seront testées et des prototypes d'équipements seront fabriqués. Cela dépend des résultats de l'étape, sur quelle voie sz poursuivra le processus de production de masse et de déploiement de groupements en orbite. Avec tous les changements, l'idée principale du projet - l'espace pour les humains - reste la même.

Qu'est-ce qu'il est important de savoir sur Sphère ?

Sphère est l'un des projets clés de Roscosmos visant à développer les technologies de l'information spatiale et à éliminer la dite inégalité numérique. Grâce à lui, le système de communication et de surveillance le plus moderne sera créé, comprenant à la fois l'infrastructure spatiale existante et future.

Une partie importante du territoire de notre pays est située dans les hautes latitudes, où la densité de population est faible, et les zones de taïga, de toundra et de pergélisol interfèrent avec la pose de réseaux de communication à fibre optique. Dans de tels endroits, les satellites contribueront à fournir une gamme complète de services de télécommunication pour les objets fixes et mobiles.

Il est prévu d'atteindre ces objectifs en déployant des groupes avec des satellites de communication Yamal et Ekspress en géostationnaire, et Ekspress-RV sur des orbites très elliptiques, avec des dispositifs d'accès Internet haut débit Skif en orbites moyennes et des satellites pour fournir l'Internet des objets.

L'observation de la Terre dans diverses gammes de longueurs d'onde sera effectuée par les constellations des satellites Smotr, Berkout-O, Berkout-VD, Berkout-X et Berkout-XLP. En conséquence, des services intégrés se développeront pour la croissance de tous les secteurs de l'économie du pays.

Contrairement à ses concurrents étrangers, Roscosmos a pris le chemin de la création non pas d'un système mondial, mais de plusieurs systèmes régionaux, dont les capacités sont axées sur la résolution de problèmes urgents pour la Russie, mais peuvent être étendues à l'ensemble de la planète. Cela peut inclure l'entretien de la route maritime du Nord - un corridor de transport prometteur, ainsi que le développement de l'accès Internet à large bande et de « l'Internet des objets » dans les régions reculées et inaccessibles du pays.

Le 7 juin 2018, le président de la Fédération de Russie Vladimir Poutine a évoqué pour la première fois le projet Sphère en ligne directe.

Internet depuis l'orbite moyenne

L'une des tâches prioritaires prévues est la création d'un satellite-démonstrateur du système d'accès Internet haut débit en orbite à moyenne altitude « Skif ». Il est prévu de lancer l'appareil dès 2022. C'est l'une des obligations de la Fédération de Russie envers l'Union internationale des télécommunications (UIT). Sa mise en œuvre permettra à la Russie de sécuriser la ressource de fréquence orbitale allouée et de commencer le déploiement de la constellation orbitale. Voir ici.

"A l'UIT, nous avons la priorité", explique Sergueï Prokhorov. C'est-à-dire que nous devrons coordonner notre système avec plusieurs groupes similaires, bien sûr, s'ils sont lancés. Si nous manquons la file d'attente, nous devrons renégocier avec l'Union des télécommunications. Et ici, nous devons tenir compte du fait que quelque 280 systèmes du monde entier ont été annoncés au Bureau des radiocommunications de l'UIT après nous, car beaucoup suivent cette voie.

Parallèlement à la préparation du démonstrateur (lancement à l'automne 2022 en cours de route, accompagné de deux Gonets sur la fusée porteuse Soyouz-2 du cosmodrome de Vostochny), un avant-projet sera développé pour l'ensemble du système Skif, qui comprend 12 satellites dans deux plans orbitaux à une altitude de 8070 km, des systèmes de contrôle au sol et des équipements d'abonnés. Il est prévu que le débit d'un appareil SKIF soit de 150 gigabits par seconde, de sorte que l'ensemble du système peut être considéré comme un groupe de classe terrabit.

Tout d'abord, "Skif" est conçu pour fournir un accès Internet haut débit aux régions inaccessibles et reculées du pays, ainsi qu'aux navires circulant le long de la route maritime du Nord.

L'assemblage du démonstrateur aura lieu à l'ISS-Reshetnev.

Toujours en contact avec "Marafon"

La situation est différente avec le regroupement IoT Marafon de l'Internet des Objets.

"Nous commençons par la conception préliminaire de l'ensemble du système, y compris les terminaux au sol et le segment 'service', puis nous créons un prototype expérimental de l'engin spatial et, en conséquence, fin 2023, nous le lançons en orbite", explique le directeur du département.

L'appareil lancé devra confirmer les performances de l'ensemble du concept dans un mode test. Grâce au groupement IoT Marafon, des services tels que le « bouton de vie satellite », le suivi de l'état des infrastructures industrielles dans les zones reculées, le contrôle du transport des marchandises dangereuses et la composante satellite du système ERA-GLONASS seront présentés. La transmission en temps opportun d'un signal - sur les fuites, les incendies et autres dysfonctionnements - dans l'espace empêchera les catastrophes d'origine humaine et environnementale dans la production pétrolière et gazière, les industries chimiques et forestières, l'agriculture et d'autres industries.

Il est prévu de placer 264 satellites dans 12 plans orbitaux à une altitude de 750 km. Cela suffit pour assurer une couverture mondiale de l'ensemble du territoire de la Terre et assurer la transmission de données à partir de dizaines de millions d'abonnés.

« Étant donné que l'IoT Marafon est prévu pour être utilisé dans de nombreuses industries, nous proposerons des solutions optimales pour l'équipement des abonnés », souligne Sergueï Prokhorov. Il est prévu qu'ils soient de deux types - pour les objets mobiles et pour les objets fixes. Nous travaillons maintenant sur la question de l'intégration des capacités du système Marafon IoT dans les terminaux du système international de recherche et de sauvetage COSPAS-SARSAT et des équipements ERA-GLONASS. »

Des communications laser à la charge utile numérique

Le développement technologique est un autre élément important de la première étape de Sfera. Plusieurs projets de recherche (R&D) sont esquissés. L'un d'eux - "Laser" - prévoit la création de canaux de communication optiques à grande vitesse. Le transfert de grandes quantités de données est pertinent non seulement pour les satellites de télécommunications, mais aussi pour les engins spatiaux qui surveillent la Terre. L'une des idées implique le transfert de résultats non pas directement, mais via un autre satellite : par exemple, depuis la constellation mi-orbitale du système Skif ou un satellite relais géostationnaire. À cet égard, la communication laser est l'une des plus prometteuses en termes de vitesse de transmission des données et de confidentialité. Dans le cadre du projet de recherche et développement "Laser", il est prévu de développer deux terminaux pour la communication inter-satellites, et ultérieurement - des équipements au sol pour la communication "espace-Terre".

Dans le cadre d'un autre travail - "Type series", la recherche de technologies pour la création de plates-formes satellites unifiées évolutives pour les groupes de communication et de télédétection sera menée. L'idéologie est simple : malgré les spécificités différentes, les engins spatiaux doivent reposer sur les mêmes solutions techniques.

"De toute évidence, la prise de vue par sondage est possible à l'aide d'équipements plus simples et très détaillés - avec l'aide d'équipements plus sophistiqués", explique Sergueï Prokhorov. "Et si un radar est installé sur le satellite, il nécessitera une consommation d'énergie et une masse importantes à la fois de la plate-forme et de la charge utile, donc le rapport puissance/poids de l'appareil doit être élevé. Néanmoins, tous ces satellites sont petits, et une ligne de plates-formes unifiées sera créée pour eux".

Les travaux sur le « Tiporyad », auxquels participent à la fois des entreprises de Roscosmos et des sociétés privées (une dizaine d'organisations au total), sont dirigés par Viktor Khartov [un ancien de NPO Lavochkine - NDLR KN], concepteur général des complexes et systèmes spatiaux automatiques.

Enfin, dans le cadre de la R&D "Tsifra", la tâche de transition vers des charges utiles numériques flexibles pour les satellites de télécommunications prometteurs est posée. Cela permettra d'utiliser au mieux l'appareil, de corriger ses zones de service et de redistribuer la puissance dans les faisceaux, et à l'avenir, d'assurer le transfert du signal vers une autre bande de fréquence. Un engin spatial doté de telles capacités pourra utiliser rationnellement toutes ses ressources : par exemple, si une situation d'urgence ou l'évolution du marché des services de télécommunications l'exige.

"C'est une machine tellement complexe, intelligente, qui, si divers facteurs externes et circonstances changent, sera capable de reconfigurer ses ressources, de s'adapter au consommateur", explique le directeur du projet Sfera. "De manière générale, le renforcement des compétences dans la création de charges utiles d'appareils de télécommunications est notre avenir, y compris pour des raisons économiques. Aujourd'hui, malheureusement, presque tous les satellites de communication civils sont créés à l'aide de composants étrangers. Et dans la structure de coûts, par exemple, d'un véhicule géostationnaire, la charge utile atteint 70 %."

Qu'est-ce que la communication laser ?

La communication laser est un type de transmission d'informations utilisant des ondes électromagnétiques dans la gamme optique. Il permet aux engins spatiaux d'être connectés non seulement avec des stations au sol, mais aussi entre eux. En raison du débit élevé des lignes de communication laser, il devient possible de minimiser le nombre de points de communication au sol, en élargissant la zone de couverture.

Par rapport à la communication radio, la communication laser a un taux de transfert de données plus élevé, une consommation d'énergie plus faible et une faible capacité d'interception. Son principal inconvénient est la nécessité d'un guidage, d'une capture et d'un suivi précis du faisceau de l'engin spatial. Étant donné que la divergence du faisceau laser est très faible, la tâche d'obtenir un faisceau d'un satellite dans le récepteur optique d'un autre est extrêmement difficile (à une distance de 1000 kilomètres de la source de rayonnement, le faisceau a un diamètre de seulement 10 mètres) un compromis est nécessaire entre la précision de pointage et la puissance laser.

De plus, un faisceau laser est une excellente solution dans le vide, mais dans des conditions atmosphériques, ce n'est pas le meilleur choix comme ligne de communication en raison de l'atténuation importante du signal dans les nuages, la pluie et le brouillard.

Surveillance de la Terre sur les nouvelles technologies

Il y a un an, il a été annoncé que plus de 200 petits engins spatiaux destinés à la surveillance périodique et par tous les temps de la Terre « Berkout » seraient lancés sur des orbites basses dans le cadre du projet Sfera. Il a été supposé qu'ils seraient de plusieurs types - sondage, très  détaillé et radar. Quant à la fonctionnalité des satellites, les plans n'ont pas changé, mais parler de la taille du groupe est encore prématuré.

"Au stade actuel, la tâche principale que nous voyons est le développement de technologies sur des appareils de démonstration, l'acquisition d'expérience et le renforcement des compétences de nos entreprises, afin de rivaliser au niveau international", note Sergueï Prokhorov. "Et le nombre d'appareils dépendra du montant du financement."

Au cours des deux dernières années depuis le début de la conception du système, les capacités des appareils se sont améliorées. Par exemple : si auparavant la résolution de 2,5 à 5 m était incluse dans les paramètres de surveillance du relevé, cette valeur est maintenant déjà de 1,5 m avec une bande de 85 km. Les performances de prise de vue très détaillées seront également améliorées. Des fonctions supplémentaires apparaîtront, notamment l'enregistrement vidéo haute résolution.

Les satellites radar continuent de recevoir la priorité la plus élevée. Ils sont particulièrement utiles lorsqu'une surveillance 24 heures sur 24 en tout temps est requise, comme dans l'Arctique. Grâce à ces satellites, les capitaines de navires, tout en se déplaçant le long de la route maritime du Nord, recevront des informations opérationnelles sur la situation des glaces le long de l'ensemble de la route, malgré de forts nuages ​​ou une nuit polaire.

Des groupements privés ? Non exclu

L'une des tâches de Sfera est d'attirer des entreprises privées vers le projet. Tout d'abord, nous parlons de l'inclusion des services de communication, de transmission de données, de navigation et de télédétection de la Terre dans les services des télécommunications, des transports, des banques, des assurances, des mines et autres sociétés. L'intégration de toutes ces capacités au niveau des appareils des abonnés, la disponibilité d'un signal satellite partout dans le pays ouvrent de bonnes perspectives pour développer l'activité et améliorer la qualité du service client.

En outre, tous les pays avancés s'efforcent de développer des véhicules sans pilote et des systèmes robotiques. Celui qui est le premier à collecter des capacités de surveillance, de positionnement et de télécommunications par satellite sur sa plate-forme aura un avantage concurrentiel et la possibilité de construire un réseau de drones à l'échelle mondiale - dans les airs, sur terre, sur l'eau.

« Je suis sûr que nos nouvelles technologies et services intéresseront les grandes entreprises, qui se penchent déjà activement sur les marchés des communications par satellite et de la télédétection », note Sergueï Prokhorov . "Et en principe, nous pourrions proposer la création de groupements orbitaux entièrement privés avec le soutien technologique de la Roscosmos State Corporation et de nos organisations."

Il est possible que cette initiative accélère le passage de Sfera au stade de la production en série d'appareils, car l'État n'est pas encore prêt à supporter l'intégralité des coûts dans tous les domaines de la version originale du programme.

« Au stade actuel, l'essentiel est de prouver la cohérence des solutions et des technologies mises dans Sfera », résume l'interlocuteur. "Et à l'avenir, avec le passage à la réplication, tout dépendra des besoins et des capacités financières de l'État. Mais nous tiendrons également compte de l'intérêt croissant du côté des entreprises".

Cela signifie-t-il que des analogues russes de StarLink et OneWeb apparaîtront dans un avenir proche ?

"Nous ne nous fixons pas une telle tâche, c'est donc peu probable. Néanmoins, nous assurerons une saine concurrence pour ces systèmes sur le marché des services de télécommunications".

Article et propos recueillis par Igor Afanasyev.

Sources et crédits graphiques: Roussky Kosmos/Roscosmos