Réduire les coûts des satellites LEO avec des composants prêts à l'emploi

Jusqu'à récemment, la plupart des satellites ont été conçus et fabriqués pour l'orbite équatoriale géosynchrone (GEO) ou l'orbite géostationnaire. Ces satellites sont positionnés à environ 36 000 km (22 400 miles) au-dessus de l'équateur et tournent à la même vitesse et dans la même direction que la Terre. Ce positionnement fixe garantit le maintien d'une transmission par satellite constante et concentrée sur une région particulière de la Terre. Les satellites GEO pèsent entre une et cinq tonnes, coûtent entre 100 et 400 millions de dollars et leur conception et leur construction prennent entre trois et cinq ans. Ils sont généralement construits dans un but précis, ce qui nécessite des solutions personnalisées capables de résister aux conditions environnementales extrêmes de l'espace tout au long du cycle de vie fonctionnel du satellite, pour une durée de 25 à 30 ans. En raison des contraintes élevées de temps et de coût, seuls un à trois satellites GEO sont lancés chaque année.

Aujourd'hui, la plupart des satellites sont fabriqués pour l'orbite terrestre basse (LEO), généralement située à une distance comprise entre 160 et 1 900 km de la Terre. Les satellites LEO ne sont pas associés à un point fixe et orbitent en permanence autour de la Terre. Une constellation de plusieurs centaines de satellites LEO pourrait être nécessaire pour couvrir complètement le globe.

La gamme des satellites LEO comprend de petits appareils, de 100 kg (220 lbs), qui sont rapidement assemblés à l'aide de cubes de 10 cm (4 po) contenant du matériel informatique grand public, ainsi que des satellites de plus grande taille qui sont construits sur mesure à l'aide de composants COTS. Les satellites LEO plus grands et plus courants pèsent entre 100 et 1 000 kg (220-2 200 lbs). Leur coût moyen est de 500 000 dollars et ils peuvent être produits, de la conception jusqu'au satellite fini, dans un délai d'environ 18 mois. Cette production et ce calendrier beaucoup plus souples, associés à un coût de lancement inférieur à celui des satellites GEO, alimentent l'essor des satellites LEO, avec des lancements presque quotidiens.

Les satellites LEO permettent d'obtenir une large bande passante avec une faible latence, ce qui les rend idéaux pour envoyer des signaux depuis et vers la surface de la Terre. Par conséquent, le nombre d'applications pour les satellites LEO ne cesse d'augmenter. Actuellement, ils sont principalement utilisés pour mettre en place une connectivité mondiale et observer divers phénomènes sur Terre :

Connectivité mondiale

• Fournir une connectivité Internet à large bande à des personnes vivant dans des endroits éloignés et n'ayant pas accès aux infrastructures de télécommunications terrestres. Mettre en place une connectivité Internet dans les avions pour bénéficier de divertissements de bord et d'autres services pour les passagers et les équipages.
• Rendre possible l'Internet des objets (IoT) en interconnectant des dispositifs, des appareils et des équipements « intelligents » à usage résidentiel, commercial, industriel et militaire.

Observation et collecte de données

• Surveiller les conditions environnementales, notamment les relevés météorologiques actuels, les températures de surface de la Terre, la hauteur des vagues, les niveaux d'humidité, la vitesse du vent ou la densité pollinique et utiliser ces données pour suivre les effets des catastrophes environnementales.
• Améliorer la production agricole grâce à l'accès à des données satellitaires peu coûteuses pour aider les agriculteurs à déterminer les meilleures cultures à planter et le moment idéal pour le faire, ainsi que pour fournir des mises à jour en direct au fur et à mesure de la croissance des cultures.
• Optimiser les transports sur terre, en mer et dans les airs en suivant les camions, les navires, les avions et autres véhicules afin d'estimer les heures d'arrivée et d'identifier des itinéraires plus efficaces.

Les satellites LEO sont également bien adaptés aux transmissions espace vers espace, une stratégie qui consiste à transmettre des données d'un satellite à un autre objet, au lieu de les transmettre à un objet sur Terre. Ils seront essentiels pour prendre en charge les transferts d'orbite, les stations de ravitaillement, les centres de données, etc.

Au fur et à mesure que la liste des applications de communication, d'imagerie et de satellites LEO s'allonge, le besoin d'une couverture plus large, sous-tendue par un réseau plus vaste de satellites en orbite terrestre basse, augmente également. Les concepteurs et les fabricants devront s'appuyer sur des solutions COTS pour répondre à la demande de satellites LEO plus nombreux et moins coûteux.

Les composants COTS sont des produits prêts à l'emploi qui peuvent être utilisés dans la fabrication ou l'assemblage d'un produit. COTS+ fait référence aux articles prêts à l'emploi qui ont été légèrement modifiés pour une application spécifique ou pour résister à l'environnement hostile de l'espace. Les composants COTS+ sont soumis à des tests supplémentaires et/ou d'améliorations pour répondre aux exigences de l'orbite terrestre basse. Ces produits ont été validés pour fonctionner dans le milieu spatial.

Cependant, les concepteurs et les fabricants ne peuvent pas compromettre les performances ou la durabilité lorsqu'ils recherchent des solutions moins coûteuses. Les satellites LEO doivent encore être suffisamment robustes pour résister à des changements de température extrêmes et à de fortes vibrations, en particulier lors du lancement. C'est pourquoi la plupart des satellites LEO qui comportent des composants COTS et COTS+ nécessitent également des composants produits selon les normes spatiales plus rigoureuses VITA et SOSA pour les éléments critiques.

Nombre de satellites

• Des constellations de dizaines ou de centaines de satellites LEO collectent de grandes quantités de données et fournissent des services fiables aux clients du monde entier. Plusieurs grands fournisseurs de services Internet par satellite, par exemple, produisent et lancent des dizaines de satellites LEO par semaine, dans l'optique d'avoir à terme des dizaines de milliers de satellites en orbite.

Durées de vie courtes

• Chaque satellite LEO a une durée de vie de seulement trois à cinq ans. Les concepteurs n'ont pas à s'inquiéter du rayonnement solaire cosmique, de l'érosion par l'oxygène atomique et d'autres facteurs qui peuvent limiter le cycle de vie du matériel dans l'environnement très hostile de l'espace lointain. Ainsi, le besoin d'un matériel plus robuste et de qualité spatiale devient moins critique.

Améliorations continues

• Les satellites LEO sont conçus pour évoluer, grâce à des mises à jour logicielles et des changements incrémentaux dans la technologie pour améliorer les fonctions existantes ou ajouter de nouvelles capacités. De nouveaux satellites peuvent être conçus en utilisant les dernières technologies, lesquelles répondent aux besoins d'aujourd'hui et anticipent les avancées techniques de demain.

Intégration avec les satellites GEO

• Pour les situations où une faible latence et une puissance de traitement élevée sont nécessaires, comme les services de streaming vidéo, les satellites LEO peuvent fonctionner en tandem avec des satellites GEO existants pour offrir la meilleure connectivité possible.

Tendances du marché

• Le nombre de fusions et de partenariats entre sociétés exploitantes de satellites augmente à mesure que le secteur se développe et gagne en maturité. L'intégration des produits d'une société avec ceux d'une autre est plus transparente lorsque les deux produits utilisent des composants communs, prêts à l'emploi.

Rentabilité et satisfaction des clients

• L'utilisation de pièces COTS permet d'accélérer l'assemblage de nouveaux satellites et de réduire les coûts de production. En conséquence, les fournisseurs de services Internet ou téléphoniques qui dépendent de satellites LEO ont la possibilité de mettre leurs services à disposition d'un plus grand nombre de personnes à des prix inférieurs.

TE Connectivity (TE) propose une large gamme de fils, câbles, relais, contacteurs, capteurs et connecteurs prêts à l'emploi qui sont parfaitement adaptés aux rigueurs que rencontrent les satellites en LEO. Ces solutions comprennent notamment les produits suivants :

• Les connecteurs de fond de panier à haute vitesse STRADA Whisper ont été conçus pour répondre à vos besoins en matière de systèmes hautes performances et à large bande passante. Leur design révolutionnaire permet de transférer des données jusqu'à 112 Gbit/s, ce qui permet de faire évoluer efficacement les futurs systèmes sans avoir à effectuer de lourds investissements dans le remaniement de connecteurs de fonds de panier ou de fonds de panier centraux.
• Les capots micro-D et sub-D répondent aux exigences fonctionnelles, matérielles et de performance des applications spatiales, pour lesquelles la qualité et la rentabilité comptent.
• Les cordons de fibre optique réduisent la taille, le poids et la puissance (SWaP), tout en se conformant aux exigences de haute densité et de résistance aux interférences électromagnétiques (EMI) pour prendre pleinement en charge l'architecture haut débit des systèmes de communication, de données et de charge utile.
• Les cordons de câbles optiques actifs offrent une plus grande flexibilité et une plus longue distance de câblage, par rapport aux solutions passives traditionnelles en cuivre et aux solutions actives nouvelles en cuivre (ACC/AEC). Ils prennent en charge les applications relatives au calcul haute performance, aux centres de données et à l'interconnexion réseau.
• Les connecteurs 369 à faible facteur d'encombrement ont été conçus pour fournir une gamme de connecteurs extrêmement fiables, légers, compacts et rentables adaptés à des applications en environnement hostile.

Outre les produits, les ingénieurs de TE possèdent l'expérience et le savoir-faire nécessaires pour vous aider à identifier les composants COTS ou les solutions COTS+ parfaitement adaptés pour concevoir votre prochain satellite LEO.

• L'évolution des satellites GEO, jusque là individuels et spécialisés, vers des flottes de satellites LEO produites en série entraîne un besoin accru de composants commerciaux prêts à l'emploi (COTS) et COTS+ qui permettent de réduire les coûts de production et de raccourcir les délais.
• Les satellites LEO, situés à une distance comprise entre 160 et 1 900 km de la Terre, fournissent une bande passante élevée avec une faible latence pour permettre une connectivité mondiale et observer divers phénomènes sur Terre.
• Les concepteurs et les fabricants de satellites s'appuient de plus en plus sur des pièces COTS afin d'être en mesure d'offrir des satellites LEO moins onéreux.
• TE Connectivity (TE) propose une large gamme de solutions prêtes à l'emploi, fiables et facilement disponibles, parfaitement adaptées aux exigences des applications satellitaires LEO.