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Amazon et SpaceX pensent que les constellations de satellites sont la clé d'un Internet plus rapide

Amazon et SpaceX pensent que les constellations de satellites sont la clé d'un Internet plus rapide


Mais ils polluent déjà le ciel

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Un satellite SpaceX Starlink pendant le déploiement. Image: SpaceX

Ouious avez peut-être vu l'un des innombrables articles diffusant des informations sur la connectivité Internet basée sur la constellation des satellites, comme Starlink by SpaceX ou OneWeb. Quelques sociétés ont déployé leurs premiers satellites et beaucoup d'autres, comme Amazon, ont déposé des demandes auprès de la FCC et de l'Union internationale des télécommunications (UIT) pour obtenir l'autorisation de développer leurs constellations. Il y a même des rumeurs selon lesquelles Apple travaille sur un groupe de satellites pour fournir une connectivité Internet à ses appareils. L’intérêt pour l’Internet par satellite est élevé et les possibilités de gains financiers sont nombreuses.

L'Internet par satellite existe déjà, mais c'est un type différent. Aujourd'hui, presque tout l'Internet par satellite est desservi par des satellites massifs en orbite géostationnaire, ce qui signifie que la vitesse orbitale correspond au taux de rotation de la Terre. Cela donne l'impression que le satellite reste à une position fixe dans le ciel (d'où le «stationnaire» en géostationnaire). Une telle orbite n'est possible que autour de l'équateur terrestre.

L'image ci-dessous est une image générée par ordinateur de certains objets spatiaux connus. Vous pouvez clairement identifier l'orbite géostationnaire, qui est l'anneau de satellites autour de l'équateur.

Image: Bureau du programme des débris orbitaux de la Nasa

L'orbite géostationnaire permet aux entreprises de télécommunications de construire un seul satellite pouvant desservir des régions entières à la fois. Les satellites géostationnaires desservent à la fois des dizaines de milliers de personnes à la fois, ces satellites doivent donc être très grands et coûteux pour accueillir des antennes et des équipements de traitement sophistiqués. Un satellite géostationnaire peut généralement coûter plus de 100 millions de dollars pour être construit.

Les satellites géostationnaires sont souvent le seul moyen d'accéder à Internet dans les régions éloignées. Les «antennes paraboliques» visibles sur les bâtiments sont presque toujours utilisées pour communiquer avec les satellites en orbite géostationnaire, et se trouvent plus fréquemment dans les zones rurales éloignées des liaisons par fibre optique à haut débit.

Un satellite de communication géostationnaire installé au Smithsonian Air and Space Museum. Gracieuseté de Smithsonian

Malgré leur utilisation répandue, les satellites de communication géostationnaires ont un problème de distance. L'orbite géostationnaire se situe à plus de 40 000 km au-dessus de la surface de la Terre, ce qui signifie que le temps qu'il faut aux ondes radio pour se déplacer de la Terre au satellite et revenir devient problématique.

La latence de temps aller-retour typique entre votre ordinateur et un serveur sur Terre se situe dans les dizaines de millisecondes. Cependant, lors de la communication via une liaison satellite géostationnaire, des latences de 500 millisecondes ou plus ne sont pas rares. Cela limitera le taux de transfert de données maximal dans la pratique et rendra presque impossible les applications dépendantes de la latence comme les jeux.

La latence élevée, et ses impacts associés sur le service, est l'un des principaux moteurs du développement d'un nouveau type de réseau par satellite. De plus, la distance à ces satellites nécessite de grandes antennes paraboliques très directionnelles pour communiquer efficacement depuis le sol. La seule façon de corriger la latence est de rapprocher le satellite de communication de la Terre.

Afin d'obtenir des latences acceptables, presque toutes les constellations de satellites proposées sont conçues pour fonctionner en orbite terrestre basse (LEO). LEO englobe toutes les orbites jusqu'à environ 1 000 milles d'altitude, mais la plupart des constellations visent des orbites inférieures à 500 milles. À cette altitude, les satellites se déplacent très rapidement à travers le ciel et ne peuvent être vus que d'une très petite portion du globe. Pour mieux comprendre ce concept, jetez un œil à l'image ci-dessous.

Une illustration de l'empreinte d'un satellite en orbite terrestre basse (LEO) et d'un satellite en orbite moyenne terrestre (MEO). Avec l'aimable autorisation de l'auteur

C'est précisément pourquoi tant de satellites sont nécessaires pour couvrir même de petites parties du globe. L'image ci-dessous est un diagramme d'un plan orbital possible pour la constellation Starlink. Ces orbites sont réglées avec précision de telle sorte qu’à mesure qu’un satellite quitte le ciel, un autre sera visible dans la majeure partie de l’Amérique du Nord. Les satellites ici sont représentés par des points.

Image: Mark Handley / YouTube

Une fois déployées, les liaisons par satellite peuvent offrir des latences inférieures à celles des liaisons terrestres. La plupart du trafic terrestre est acheminé via des liaisons à fibre optique à large bande passante. Ceux-ci peuvent transporter beaucoup de données (de l'ordre de milliers de milliards de bits par seconde) sur une longue distance, mais la fibre est en fait plus lente que la radio malgré une plus grande bande passante. La vitesse de la lumière dans un câble à fibre optique est d'environ 200 millions de mètres par seconde, tandis que la lumière et les ondes radio se propageant à travers l'atmosphère parcourent près de 300 millions de mètres par seconde. Certaines conceptions de satellites prennent en charge les liaisons de données inter-satellites via radio ou lasers, permettant au trafic de contourner les réseaux terrestres et d'atteindre sa destination presque entièrement par satellite.

Toutes les conceptions de réseau nécessitent un certain nombre de stations au sol ou d'émetteurs-récepteurs au sol chargés de prendre le trafic des satellites et de le transférer vers les réseaux câblés terrestres. Certaines conceptions, comme celle du cluster de satellites de OneWeb, fonctionneront presque entièrement via des stations au sol. D'autres conceptions, comme celle de SpaceX et de Télésat, utiliseront des lasers et des ondes radio pour transférer des données entre satellites avant d'atteindre une station au sol. Il y a des compromis à faire à chacun, et cette vidéo du professeur Mark Handley de l'University College London donne un aperçu des différentes capacités de liaison.

Malgré leur potentiel, de nombreux problèmes peuvent survenir si tous les réseaux à satellite proposés sont finalement développés.

Image: OneWeb

L'un des plus gros problèmes des constellations de satellites est le grand nombre d'objets qui se retrouveront dans l'espace. En fait, le nombre d'objets artificiels en orbite autour de la Terre devrait quintupler au cours de la prochaine décennie. Cela augmente considérablement les chances de collision des satellites et pourrait produire un scénario comme celui du film La gravité, où un nuage croissant de débris spatiaux anéantit presque tous les satellites en orbite. En fait, la première collision inter-satellites a impliqué un satellite qui faisait partie d'un cluster de communications. Cela constitue une menace pour l'avenir de l'exploration spatiale.

Les grappes de satellites menacent également l'astronomie au sol. Une augmentation drastique du nombre de satellites dans le ciel nocturne peut affecter les observations astronomiques des télescopes au sol. De nombreux astronomes ont averti que les satellites affectaient déjà les mesures. L'image ci-dessous montre un groupe de satellites Starlink juste après le lancement. Vous pouvez imaginer comment ce long train de satellites pourrait perturber l'observation astronomique.

Image: Marco Langbroek / SatTrackBlog

Une dernière préoccupation physique concerne les interférences de radiofréquences (RF). Toutes les conceptions de constellation nécessitent l'utilisation d'ondes radioélectriques dans la partie micro-ondes du spectre électromagnétique pour fournir le service. Avec autant de satellites dans l'espace, cela peut affecter les récepteurs sur Terre en les bombardant avec plus de rayonnement électromagnétique et en augmentant le bruit de fond.

Des problèmes potentiels existent également sur le front géopolitique. De nombreux pays, notamment la Chine et la Russie, restreignent fortement l'accès à Internet en forçant tout le trafic à passer par des passerelles gérées par le gouvernement à l'intérieur du pays. Les constellations avec des liaisons inter-satellites peuvent contourner la censure d'Internet, les rendant potentiellement incompatibles avec les réglementations gouvernementales.

Contourner la censure du gouvernement semble être une bonne idée dans la pratique, mais ces constellations sont conçues pour gagner de l'argent. Si les gouvernements les interdisent, les entreprises développant ces réseaux perdent des clients. Un moyen potentiel de contourner ce problème consiste à utiliser massivement les stations au sol et à forcer tout le trafic entrant à être acheminé via les serveurs gouvernementaux en premier. C'est la raison pour laquelle OneWeb a décidé d'abandonner les liaisons inter-satellites en premier lieu.

SpaceX est susceptible de gagner la course pour fournir la première couverture disponible dans le commerce avec un cluster satellite de nouvelle génération. Un déploiement commercial avec une couverture limitée est prévu pour la mi-2020. SpaceX est dans la position unique de contrôler l'ensemble du processus, du développement à l'exploitation. Les ingénieurs de développement de satellites peuvent travailler en étroite collaboration avec les équipes utilisant des fusées SpaceX pour assurer une efficacité maximale. Les satellites Starlink de SpaceX sont lancés par groupes de 60 à la fois avec une efficacité d’emballage surprenante dans le carénage de fusée (le cône de nez qui protège les charges utiles pendant le vol). L'image ci-dessous montre un humain à côté d'un carénage presque vide à gauche, avec la charge utile Starlink entièrement chargée à droite.

Images: NASA TESS / Twitter; Elon Musk / Twitter

Les constellations Internet par satellite sont à surveiller dans les années 2020. Ce sera probablement la première grande révolution dans la façon dont une grande partie de la population accède à Internet depuis l'Internet par ligne commutée. Lorsqu'elles sont activées, les constellations Internet par satellite fourniront une concurrence instantanée au monopole de certains FAI dans les zones rurales. Plutôt que de fournir un service inférieur comme avec Internet par satellite géostationnaire, ces constellations peuvent fournir des vitesses et des latences rivalisant ou dépassant la fibre.

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