Liens externes

Pour aller plus loin, voici des liens vers des sites externes que vous pouvez consulter :

• Sur le site de l’Agence Spatiale Européenne (ESA)
• Site du prime AVIO
• Vidéo du replay du lancement de Sentinel-2B par Vega le 6 mars 2017 (VV09)
• Vidéo du replay du vol Vega du 2 août 2017 (VV10)
• Site du Centre Spatial Guyanais (CSG)

Localisation

Vega décollait depuis le Centre Spatial Guyanais (CSG), installation du CNES située à proximité de Kourou. Les différents étages et éléments du lanceur étaient gérés indépendamment une fois sur place, mais arrivaient en général par bateau grâce aux MN Toucan et MN Colibri depuis l’Europe (ports de Livourne et Rotterdam) au sein desquels ils étaient embarqués en containers. Les étages supérieurs et adapteurs pouvaient également faire le transport par avion-cargo et atterrir à l’aéroport Félix Eboué à 75 km du centre Spatial Guyanais, avant de le rejoindre par camion en convoi exceptionnel. Voici les installations d’assemblage et de lancement de Vega.

Préparation des étages propulsifs  

• UPG (Usine de Propergol de Guyane, visite virtuelle) : le premier étage P-80 a pour particularité d’arriver à Kourou depuis Colleferro sans son propergol solide (configuration appelée « Corps de Propulseur Nu »). Il est transféré à l’UPG où il reçoit ensuite 88 tonnes de mélange HTPB. Ce chargement est assuré par Regulus SA, co-entreprise entre Avio et Arianegroup (60% Avio – 40% ArianeGroup). L’UPG est répartie sur 300 hectares et 40 bâtiments au sein desquels sont répartis la fabrication et le chargement en propergol solide pour les Étages d’Accélération à Propulsion solide d’Ariane 5 et pour le P-80 de Vega. Le P-80 est ensuite transféré au BIP (Bâtiment d’Intégration des Propulseurs). Les étages Z-23 et Z-9 font le trajet Europe-Guyane avec leur propergol déjà chargé, mais sans leurs systèmes d’allumage pyrotechniques.
• BIP (Bâtiment d’Intégration des Propulseurs, visite virtuelle) : au sein du BIP, le P-80 est intégré avec sa tuyère, son dispositif d’allumage pyrotechnique et la structure de liaison qui la maintiendra debout sur le pas de tir. Les étages Z-23 et Z-9 sont eux aussi préparés pour leur assemblage final avec l’ajout de leurs systèmes d’allumage. Ces opérations sont effectuées par Europropulsion, autre co-entreprise entre Avio et ArianeGroup (50%-50%).
• EPCU (Ensemble de Préparation des Charges Utiles) : après son arrivée, le composite supérieur AVUM est préparé en deux phases au sein de l’EPCU (S5A/S5B – voir paragraphe suivant) puis sur l’ensemble de lancement SLV au sein du portique mobile.

Préparation de la charge utile

L’EPCU (Ensemble de Préparation des Charges Utiles, visite virtuelle) appelé S5 est en charge de la préparation des satellites et leur chargement en carburant, avant leur intégration sous la coiffe de Vega. Trois zones, S5A, S5B et S5C, fournissent de larges espaces en « salle blanche » (atmosphère contrôlée, restriction d’accès) et constituent le bâtiment principal, reliées entre elles par des corridors de transfert :

• S5A et S5B servent aux opérations d’intégration et de remplissage des satellites ainsi que de l’étage supérieur AVUM, offrant 300 et 400m².
• S5C peut accueillir la préparation de 4 satellites en parallèle grâce à ses 700 m² de surface.

La mise sous coiffe a lieu dans l’une des zones HPF (Hazardous Processing Facility) des bâtiments S5A/S5B/S5C, avant un transfert vers l’ensemble de lancement.

Campagne de lancement

• Ensemble de Lancement Vega (ELV, visite virtuelle) : d’abord construit pour accueillir le lanceur Europa 2, le site est modifié au début des années 1970 pour accueillir Ariane 1, puis Ariane 2 et Ariane 3 et portera durant plus de 20 ans le nom ELA-1 (pour Ensemble de Lancement Ariane N°1). Il cesse son activité en 1989, avant que le chantier de rénovation pour transformer la zone au profit de Vega ne démarre en 2004. Situé à 1,5 km du pas de tir Ariane 5 (ELA-3), l’ensemble de lancement comprend le pas de tir ainsi que le portique mobile qui sert à l’assemblage final du lanceur à la verticale. Haut de 45m et pesant 900 tonnes à vide, le portique est posé sur rails. Il est équipé de plus d’une dizaine d’étages ajustables et d’ouvertures sur l’avant, et il est reculé à un peu plus de 4h du lancement de 80m pour libérer la zone.
• La première étape de la campagne de lancement consiste à transférer le composite P-80 au sein du portique de l’ELV. Après plusieurs tests (notamment des vérins de contrôle du pilotage), les étages Z-23 et Z-9 sont à leur tour amenés un à un pour leur intégration et assemblage final à la verticale, soulevés et positionnés grâce au système de levage du portique mobile. Ce dernier dispose des installations pouvant au besoin remplir les réservoirs principaux et auxiliaires du composite supérieur AVUM avant son intégration. Pour la dernière étape, après la préparation et l’encapsulation sous la coiffe à l’EPCU, la charge utile est placée au sommet du lanceur.

Lancement : suivi de la mission

• C’est au Centre de lancement n°3 (CDL-3, visite virtuelle), à moins de 2 km du pas de tir, qu’Arianespace et Avio assurent le suivi et le contrôle de la campagne de lancement, de l’assemblage jusqu’au décollage. Le site, qui accueille également les salles de contrôle Ariane 5, est protégé des débris en cas d’explosion et ses installations sont sécurisées. Le CDL-3 est en réseau avec le centre technique lors de la séquence de tir.
• Le centre technique et son bâtiment Jupiter 2 (visite virtuelle) reçoit et centralise toutes les données lors du décollage sur le fonctionnement de Vega, sa vitesse et sa trajectoire. La salle Jupiter est le centre névralgique du Centre Spatial Guyanais.
• Selon l’orbite visée par le lancement de Vega, différentes stations dites « en aval » prennent le relais pour transmettre au Centre Spatial Guyanais les informations envoyées au cours du vol. La Station Gaillot de Kourou (visite virtuelle), sur la corne Sud de la Montagne des Pères, est la première sur sa trajectoire. Puis, dans le cas d’un lancement polaire (vers le Nord), les informations de localisation et la télémesure passent par les stations de Saint Jean du Maroni (Guyane, France), Cooper’s Island (Bermudes), Gatineau (Canada), New Norcia (Australie) et si besoin Santa Maria (Açores, Portugal) et Aussaguel (France). Ce réseau des stations est coordonné depuis le Centre Spatial Guyanais.

Composition du lanceur

Le lanceur Vega est composé, de bas en haut de :

• 1^er étage P-80
• 2^ème étage Z-23
• 3^ème étage Z-9
• 4^ème étage AVUM
• Adaptateur
• Coiffe

Le premier étage P-80

Vega est l’une des fusées les plus rapides au monde dans sa catégorie, lors de son décollage : elle « bondit » du pas de tir ELA-1 pour atteindre Mach-1 en seulement 30 secondes. Une prouesse qu’elle doit à son premier étage à propulsion solide, développé sous le pilotage du CNES à partir de 1999, le P-80.

‘P’ pour poudre, et 80 pour les 88 tonnes de combustible dont l’étage est chargé au moment du décollage de Vega. Ce programme a bénéficié entre 1999 et 2006 d'une initiative du CNES nommée à l’origine « Initiative Ariane 2010 » et qui cherchait à identifier des technologies nouvelles pour améliorer les performances (poussée, fiabilité, vibrations, etc.) tout en réduisant les coûts, notamment dans le domaine de la propulsion solide.

Lors de son développement, le P-80 est d’abord le premier étage de Vega, mais aussi une véritable plateforme de démonstration technologique. Ses avancées concernent tous les éléments principaux d’un moteur à propergol solide :

• Enveloppe moteur : l’ensemble est réalisé en fibre de carbone pré-imprégnée de résine époxy, bobinée sur un mandrin métallique déjà recouvert d’une protection thermique interne. Le P-80 devient en 2006 le plus imposant moteur monolithique à structure bobinée jamais réalisé dans le monde.
• Protection thermique interne : un revêtement novateur en caoutchouc à densité réduite, chargé de fibres d’aramide et de micro-sphères de verre.
• Propergol : la performance du moteur est améliorée grâce à la densité du carburant, liée à un nouveau mélange plus riche en aluminium que pour la propulsion d’Ariane 5.
• Tuyère : grâce à une nouvelle architecture simplifiée, la tuyère et son système d’accroche sont moins coûteux, comportent moins de pièces et utilisent des matériaux innovants par rapport aux technologies développées dans les années 90 pour Ariane 5.
• Allumeur : comme pour la tuyère, le système a été simplifié par rapport aux technologies disponibles sur les EAP d’Ariane 5.
• Activation tuyère : un système électro-mécanique permet (à la place d’un système hydraulique plus lourd et plus complexe) de gérer le pilotage de la tuyère et d’appliquer les commandes issues de l’ordinateur de bord situé dans l’étage AVUM. La tuyère peut pivoter de 6,5 degrés.

Sans son carburant, le P-80 ne pèse que 8,55 tonnes. Il mesure 11m de long et 3m de diamètre, et il a été pour la première fois testé en 2006 à Kourou.

L’allumage du P-80 marque le décollage : l’étage est conçu pour fonctionner durant 107 secondes, et produit 3000 kN de poussée (dans le vide), après quoi il est éjecté par une charge pyrotechnique le séparant du second étage Z-23, et 6 petits dispositifs de rétrofusées qui assurent qu’il n’y aura pas re-contact avec le lanceur.

Le deuxième étage Z-23

Aussitôt que le P-80 est séparé de l’ensemble lanceur, à plus de 55 km d’altitude et près de 2000 m/s, le second étage à propulsion solide rentre en jeu, c’est le Z-23. Dans son nom, le Z est issu de Zefiro (« vent » en italien) et 23 désigne la masse de carburant lors du décollage du lanceur. Ce dernier est plus petit que le premier étage (8,4 m) et surtout plus fin (1,9 m de diamètre) ce qui donne son profil tout particulier à Vega sur le pas de tir. Avec 1 100 kN de poussée, le Z-23 est un imposant moteur qui va sortir Vega de l’atmosphère avant de cesser son action à plus de 140 km d’altitude et environ 3,9 km/s.

L’étage Z-23 est développé sous la responsabilité d’Avio SpA dès 2000. Le moteur utilise le même carburant solide que le P-80 et une structure en filaments de fibre de carbone imprégnée de résine époxy. Le Z-23 a réalisé son test de qualification en Sardaigne le 27 mars 2008.

L’étage Z-23 reste actif durant 71,6 secondes, et il est lui aussi contrôlé par l’ordinateur de bord au sein de l’étage AVUM. Il est éjecté par un système à ressort associé à une découpe pyrotechnique.

Le troisième étage Z-9

L’étage Z-9 est allumé à plus de 150 kilomètres d’altitude, quelques secondes après la séparation de l’étage Z-23 et quelques secondes avant l’éjection de la coiffe de Vega. Il est basé sur la même technologie que les étages inférieurs (carburant solide HTPB), en étant un peu moins puissant. Z-9 embarque 10,5 tonnes de carburant et reste allumé durant 117 secondes, produisant une poussée maximale de 313 kN. Il fait pratiquement atteindre à l’ensemble « AVUM + charge utile » une vitesse orbitale, puisqu’il se détache après avoir accéléré jusqu’à 7,5 km/s.

Le Z-9 est issu du même développement que l’étage Z-23 au cours des années 2000. Il a été mis à feu pour la première fois en 2005, sous la responsabilité d’Avio SpA. Avec 1,9 m de diamètre pour 3,9 m de long, Z-9 est assemblé à Colleferro en Italie (Avio).

Z-9 est séparé de l’étage supérieur grâce à un système électromécanique équipé de ressorts assurant une éjection sans dispositif pyrotechnique. L’inter-étages comprend entre autres un système double équipé d’antennes indépendantes pour assurer en cas de problème la réception de la commande d’autodestruction/sauvegarde du lanceur, ainsi qu’un transpondeur radar pour le suivi de la trajectoire depuis le sol.

Le quatrième étage AVUM

Le quatrième étage, ou étage supérieur du lanceur Vega se nomme AVUM pour Attitude and Vernier Upper Module. Il est constitué d’une partie propulsive ainsi que de l’avionique et de l’ordinateur de vol qui gèrent le fonctionnement des trois étages inférieurs de façon à suivre la trajectoire imposée par le programme de vol.

Cette unité AAM (AVUM Avionics Module) gère le contrôle du lanceur au cours du vol, le traitement des données de télémétrie, la distribution électrique, le contrôle thermique et le système de sauvegarde. Tous ces processus sont automatisés, seul le système d’autodestruction devant être manuellement activé depuis le sol.

Le moteur principal MEA (évolution du moteur russe RD-869) qui équipe l’étage AVUM est fourni par l’entreprise ukrainienne KB Yuzhnohe. Il fonctionne grâce à des ergols liquides (UDMH-Peroxyde d’azote) répartis dans quatre réservoirs sphériques de 142 litres, et peut être rallumé 5 fois (puissance : 2,45 kN). En plus, six petits propulseurs hypergoliques sont utilisés pour le contrôle d’attitude de l’étage, reliés à un réservoir central de 40 L d’azote gazeux.

Selon le profil de la mission, AVUM réalise son dernier allumage moteur après éjection réussie de la charge utile, afin d’être désorbité ou injecté sur une orbite dite « cimetière » diminuant la rentrée atmosphérique à 25 ans.

La coiffe

La coiffe de Vega assure au lanceur un profil aérodynamique et confère une protection (notamment contre les effets liés à la friction atmosphérique) pour la charge utile. Elle est éjectée grâce à des dispositifs pyrotechniques lorsque les composites supérieurs sont au-dessus de l’atmosphère, dans les premières secondes de poussée de l’étage Z-9. La coiffe, constituée de deux coques symétriques, mesure 2,6 m de diamètre au plus large et 7,88 m de long, avec une structure nid d’abeille en aluminium sur laquelle est déposée la paroi en CFRP (polymère renforcé à la fibre de carbone) puis une protection thermique en liège.

La charge utile

Le lanceur Vega dispose de plusieurs dispositifs d’adaptation pour les charges utiles. Si le lancement concerne un unique satellite, deux pièces aux diamètres différents sont proposées au client : le PLA 937 VG ou le PLA 1194 VG, en fonction de l’architecture souhaitée de la pièce de liaison. L’adaptateur éjecte le satellite à l’aide d’un système de clampe et de quatre ressorts mécaniques.

Si le lancement concerne une charge utile double, Vega dispose du système VESPA (Vega Secondary Payload Adapter). Ce dernier accueille un premier satellite au-dessus de sa structure (maximum 1 tonne), puis éjecte la structure de VESPA et révèle un second satellite de plus faible masse et volume (maximum 600 kg), qui peut être rejoint par 6 nanosatellites.

Si le lancement est dédié à la mise en orbite de nombreux satellites en constellation ou en vol partagé, le système SSMS, peut être proposé avec différentes configurations pour accueillir des charges utiles entre 1 et 400 kg.

Contexte

Vega, lanceur dédié à l’envoi de charges utiles de masses faibles et moyennes (jusqu’à 1,5 tonnes) en orbite basse, avait pour objectif de desservir en particulier le marché des satellites d’observation terrestre en orbite polaire héliosynchrone. Un pari réussi après 12 ans d’activité puisque Vega a envoyé des satellites d’observation et d’étude de la surface de la Terre pour le compte de l’ESA, de la France, du Vietnam, du Maroc, du Kazakhstan, de la Turquie, du Pérou et de l’entreprise américaine Terra Bella (aujourd’hui Planet).

Vega fut conçu dès l’origine pour être adapté à une vaste gamme de missions. Le lanceur est équipé d’un étage supérieur AVUM pouvant être rallumé en vol jusqu’à 5 fois, élément compétitif qui a permis de s’aligner pour les contrats de satellites uniques mais aussi pour des décollages groupés. Ce fut le cas pour son vol inaugural le 13 février 2012 lorsque suite à son arrivée en orbite basse, Vega a éjecté le satellite LARES et 8 micros et nano-satellites.

Commercialisé par Arianespace, Vega décollait du Centre Spatial Guyanais à une cadence de deux à trois vols chaque année. Jusqu’en janvier 2019, Vega a su s’imposer comme une référence de fiabilité dans un environnement concurrentiel, avec 20 réussis sur 22 tentatives, tout en devenant un élément indispensable pour l’accès à l’espace européen.

Déroulé du projet

Pour rendre Vega plus adaptable aux évolutions du marché, des travaux ont été menés sur le dispenseur du lanceur. Un effort tout particulier a été porté sur la capacité de mise en orbite de multiples petits satellites et constellations, grâce au développement de la nouvelle plateforme SSMS (Small Satellite Mission Service). Il s’agit d’un adaptateur particulier en fibre de carbone, développé grâce aux fonds de l’ESA et de l’Union Européenne : SSMS peut accueillir différentes configurations pour placer en orbite des mini-satellites (de 200 à 400 kg), des micro-satellites (de 60 à 200 kg) et des groupes de nano-satellites qui sont le plus souvent au format CubeSats (cube ou assemblage de cubes de 10 cm de côté et de moins de 25 kg). Le premier vol de Vega équipé d’un SSMS a eu lieu le 3 septembre 2020.

L’architecture évolutive du plus petit des lanceurs européens en fait un atout clé pour son avenir. Deux versions de Vega ont cohabité entre 2022 et 2024, puisque l’évolution Vega C est entrée en service cette année-là. En effet, le vol inaugural de Vega C a eu lieu le 13 juillet 2022. Plus puissante grâce à un nouveau premier étage P-120C commun avec Ariane 6 et à un nouveau second étage Zefiro Z40, Vega C offre des performances accrues tout en réduisant les coûts d'exploitation. Pensée dès sa conception comme une plateforme modulable, une seconde évolution est d’ores et déjà proposée à l’horizon 2028, Vega E.

Vega E sera équipée d’un nouveau dernier étage (propulsé par un moteur Méthane-Oxygène Liquide dénommé MR10), qui remplacera les deux étages Z9 et AVUM actuels. Vega fera donc partie du paysage européen pour au moins une décennie supplémentaire.

Organisation

Le programme Vega est sous maîtrise d’œuvre de l’Agence Spatiale Européenne (ESA), et sa direction est gérée depuis le centre ESRIN (Italie) de l’ESA par une équipe intégrée incluant le CNES et l’ASI.

Les états participants au programme Vega de l’Agence Spatiale Européenne votent les budgets de développement et contrôlent les avancées du projet. L’ESA pilote le projet, propose les améliorations et gère le financement commun du programme.

La préparation finale et le lancement de Vega ont lieu au Centre Spatial Guyanais (CSG). Le site appartient au CNES. Les installations sont propriété de l’Agence Spatiale Européenne qui délègue à Arianespace la gestion du pas de tir et à l’industriel Avio S.p.a la responsabilité des opérations Vega. Le lanceur est commercialisé par Arianespace, basée à Evry, dont ArianeGroup est l’actionnaire majoritaire et Avio l’un des autres actionnaires minoritaires.

Les compétences des équipes de la direction du Transport Spatial du CNES sont sollicitées sur les thématiques suivantes : Techniques, Management de Projet, Assurance qualité et sûreté de fonctionnement.

Responsabilités des partenaires (étage supérieur/charge utile)

Responsabilités des partenaires (étages inférieurs)

Liens externes

Pour aller plus loin, voici des liens vers des sites externes que vous pouvez consulter :

• THEMIS-AREMIS sur le site de la NASA
• Site du LPP/Polytechnique
• Site de l’IRAP

Contexte

Le projet THEMIS est une mission de la NASA, comportant initialement 5 satellites dont les instruments ont été conçus par des scientifiques américains et auxquels ont participé des laboratoires français.

L'objectif principal de THEMIS était de déterminer sans ambiguïté le lieu de déclenchement et la nature du processus macroscopique (reconnection ou interruption de courant) responsable des sous-orages, d'en étudier les relations de causalité et d'en caractériser la propagation et les couplages. À l'aide de moyens sols, il s'agissait aussi de caractériser le couplage ionosphère/magnétosphère. Les objectifs secondaires étaient centrés sur l'étude des ceintures de radiations, de la magnétopause et des couches frontières.

La mission THEMIS a contribué à la compréhension de la météorologie spatiale. Cette compréhension permet de mieux prévoir les aurores polaires et d’améliorer la sécurité des satellites et des systèmes électriques.

Instruments

Chaque satellite THEMIS est équipé de 5 instruments, qui sont :

• FGM (FluxGate Magnetometer = magnétomètre à entrefer)
• EFI (Electric Field Instruments = instruments de champ électrique)
• ESA (ElectroStatic Analyzer = analyseur électrostatique)
• SCM (Search Coil Magnetometer = magnétomètre à bobine d'exploration)
• SST (Solid State Telescopes = télescopes à semi-conducteurs)

Déroulé du projet

Les 5 satellites THEMIS ont été lancés par un lanceur DELTA II depuis Cape Canaveral, USA, le 16 février 2007.

Jusqu’au 15 septembre 2007, les 5 satellites ont été placés sur une même ligne, et en décembre 2007 leurs orbites ont été réhaussées pour leur permettre de faire des mesures de la queue magnétique de la Terre. La mission scientifique a commencé le 4 décembre 2007.

Le 19 mai 2008, la NASA a annoncé une prolongation de la mission jusqu’en 2012.

Deux des satellites ont quitté la mission THEMIS en 2010 pour participer au projet Artemis de la NASA, et ont été renommés ARTEMIS-P1 et ARTEMIS-P2. Leur trajectoire a été modifiée pour insertion en orbite lunaire.

Ces deux sondes ont été repositionnées en orbite autour de la Lune (60 rayons terrestres, RT) afin d'étudier l’interaction Lune/vent solaire ainsi que la queue géomagnétique lointaine (structure autour de la Terre due à l'interaction entre le vent solaire et le champ magnétique terrestre).

Les trois autres sondes sont toujours en orbite équatoriale avec un apogée à 12 rayons terrestres. Au moment du lancement de la mission NASA MMS (Magnetospheric Multiscale mission) en mars 2015, ces sondes étaient positionnées de manière à fournir des données complémentaires sur la magnétopause, une frontière entre le vent solaire et le champ magnétique de la Terre. En particulier, elles ont aidé à mieux comprendre les interactions complexes entre le vent solaire et le champ magnétique de la Terre.

En 2020, les positions relatives des deux missions ont permis à MMS de collecter des informations dans la région subsolaire (la zone de l'espace directement exposée au soleil) pendant que THEMIS, était du côté opposé, et réciproquement. Ces configurations complémentaires ont aidé à comprendre de manière plus précise des phénomènes comme la reconnexion magnétique (réorganisation des lignes de champs magnétiques) ou l'accélération des particules, et ainsi, la manière dont l'énergie est transformée et distribuée dans la magnétosphère (zone autour de la Terre influencée par son champ magnétique). Depuis 2021, les apogées des deux missions sont désormais en phase et permettent des études en fonction de la distance radiale à la Terre aussi bien côté jour que côté nuit.

Par ailleurs, la mission THEMIS et particulièrement l’instrument SCM fournissent d’importantes mesures des ondes de sifflement de type chœur (chorus) dans la région des ceintures de radiation. L’analyse de l’interaction de ces ondes avec les électrons est cruciale pour la compréhension de la dynamique des ceintures et des mécanismes d’accélération.

Organisation

Deux laboratoires français ont participé à cette mission :

• Le LPP  : il a fourni les antennes magnétiques et les structures tri-axes (fabriquées par GDTech). Les préamplificateurs associés ont été fabriqués en France (par la société 3D+). Le LPP a également assuré aussi la définition, le contrôle technique, la recette, et l'intégration sur support de ces préamplificateurs. Le LPP a également participé aux intégrations, et a fourni un "sniffer" pour mesurer la pollution électromagnétique des autres expériences et des systèmes satellite.
• L'IRAP  est co-proposant ; il a pris part à la définition de la mission et participe à l'analyse et à l'interprétation de l'ensemble des données.

Liens externes

Pour aller plus loin, voici des liens vers des sites externes que vous pouvez consulter :

• Site de Thales Alenia Space
• Site de Thales AVS
• Site de STMicroelectronics
• Site de EASii IC

Contexte

Le programme THD SAT est un dispositif lancé le 20 décembre 2011 comme composant du premier Plan d’investissement d’avenir, dispositif visant au financement des coûts de recherche et développement des briques technologiques nécessaires à l’accès à internet par satellite géostationnaire.

Pour répondre à ces objectifs, le projet de R&D THD-Sat est structuré en axes technologiques complémentaires, portant à la fois sur le segment spatial et sur le segment sol de Télécommunication :

• Axe 1 - Équipements de la charge utile en bande Ka (liaison satellite – utilisateurs) : augmentation des puissances d’émission, diamètres des antennes rigides, largeurs de bande passante et compacification des équipements
• Axe 2 - Segment sol & terminaux : migration du haut vers le Très Haut Débit
• Axe 3 - Liaison satellite – stations : migration de la liaison satellite – stations de connexion de la bande Ka vers la bande Q/V afin de réserver la bande Ka aux liaisons avec les utilisateurs

Le schéma suivant donne une illustration du positionnement des axes sur les composantes bord et sol d’un système de Télécommunications par satellite.

Afin de favoriser l’émergence d’une nouvelle génération de système satellitaires dédiés à l’accès très haut débit à Internet et permettre ainsi à terme une couverture exhaustive du territoire national, l'État a décidé de soutenir le projet de R&D THD-Sat dans le cadre du volet « Développement de l’économie numérique » du Programme d’Investissements d’Avenir (PIA).

Les objectifs du projet THD-Sat sont :

• Poursuivre l’accroissement des performances des satellites et du segment sol de télécommunication (débits crêtes et moyens, descendants et montants…) pour fournir des flux de données équivalent à 1 Gbit/s, comparable au débit de la fibre optique, tout en assurant une réduction du coût de la bande passante et une réduction du coût du terminal utilisateur.
• Rendre disponibles les briques technologiques nécessaires au très haut débit par satellite, telles que, par exemple, les modules de puissance en bande Ka et bande Q/V, les sources des antennes bord en bande Ka et bande Q/V, les solutions de filtrage bord en bande Ka et bande Q/V, la connectique bord en bande Q/V dont isolateurs, le circuit modem Oxford des terminaux, la solution de Segment sol Télécom MAGELLAN.
• Mettre en place une filière industrielle nationale capable de proposer, à partir des technologies développées, des solutions d'accès très haut débit à internet aux opérateurs de télécommunication.

Les services du très haut débit par satellite permettent la connexion aux réseaux d’accès avec les capacités suivantes :

• Accès bidirectionnel à Internet et aux réseaux professionnels
• Communication temps réel couvrant la téléphonie et la visiophonie sur IP
• Débits descendants de 200 Mbits/s pour les particuliers et 500 Mbit/s pour les professionnels
• Débits montants de 20 Mbits/s pour les particuliers et 50Mbits/s les professionnels

Déroulé du projet

Le projet THD-SAT a été officiellement lancé en 2011, marquant ainsi le début d'une initiative ambitieuse visant à développer des solutions de haut débit par satellite. Au cours des années suivantes, d'importants efforts de recherche et développement ont permis de concevoir et qualifier plus d’une trentaine de briques technologiques, dont 90% d’entre elles ont été finalisées en 2021 et 100% fin 2024.

Ces avancées ont ouvert la voie, dès 2019, aux lancements de plus de 10 satellites géostationnaires équipés de ces technologies THD-SAT tels que Inmarsat GX 5, Konnect, SES-17, Konnect VHTS, SATRIA,…

Organisation

• Opérateur : Fonds National pour la Société Numérique, géré par la Caisse des Dépôts et Consignations (CDC)
  • Convention Etat / CDC
• Projet de R&D THD-Sat confié au CNES
  • Décision du Premier Ministre en novembre 2011
• Convention CNES /CDC : Structuration en deux phases de travaux
  • 40M€ pour la première phase, convention CNES/CDC signée le 20 décembre 2011
  • 30M€ pour la deuxième phase, avenant à la convention signée le 6 février 2014
  • Clôture de la Convention le 31 aout 2025

Liens externes

Pour aller plus loin, voici des liens vers des sites externes que vous pouvez consulter :

• SWARM sur le site de l’ESA
• Site eoPortal de l’ESA sur SWARM
• Blog Earth Observation Launch Campaign de l’ESA
• Site de l’IPGP
• Site du CEA/LETI
• Colloque scientifique pour les 10 ans de la mission
• Vidéo des premiers résultats de SWARM
• Vidéo : « SWARM scrute l’invisible »

La mission SWARM est une initiative de l'Agence spatiale européenne (ESA), avec la participation du CNES, du CEA-Leti et du CNRS. Elle consiste en une constellation de trois satellites placés en orbite quasi-polaire à environ 490 km d'altitude. Ces satellites sont équipés d'instruments de haute précision, dont des magnétomètres absolus scalaires (ASM) développés par le CEA-Leti et fournis par le CNES.

Affaiblissement du champ magnétique : l’Anomalie de l’Atlantique Sud

Les données recueillies par la mission SWARM de l'ESA ont confirmé une tendance à l'affaiblissement du champ magnétique terrestre, notamment dans l'hémisphère occidental. Une vaste région d'intensité magnétique réduite, connue sous le nom d'Anomalie de l'Atlantique Sud, s'est développée entre l'Afrique et l'Amérique du Sud. De 1970 à 2020, l'intensité minimale du champ dans cette zone est passée d'environ 24 000 nanoteslas à 22 000, et la zone de l'anomalie s'est déplacée vers l'ouest à un rythme d'environ 20 km par an. Au cours des cinq dernières années, un deuxième centre d'intensité minimale a émergé au sud-ouest de l'Afrique, suggérant que l'anomalie pourrait se diviser en deux cellules distinctes.

Pour en savoir plus :

• The CHAOS-7 geomagnetic field model and observed changes in the South Atlantic Anomaly, Finlay et al., Earth, Planets and Space, 72, 156, 2020
• Swarm vs. space radiation – the first 10 years (ESA)
• Swarm probes weakening of Earth’s magnetic field (ESA)
• Development of the South Atlantic Anomaly (ESA)

Déplacement du pôle magnétique

Les mesures ont également révélé que le pôle magnétique nord se déplace vers la Sibérie, un phénomène qui a des implications pour la navigation et la compréhension des dynamiques internes de la Terre. La position du pôle Nord magnétique de la Terre a changé d'environ 965 km depuis sa première mesure en 1831, avec une accélération récente de 16 à 54 km par an. Bien que ce déplacement progressif ne soit pas une grande préoccupation, son accélération pourrait indiquer le début d'une inversion de champ. Cependant, prédire avec précision la prochaine inversion reste un défi, surtout avec moins de 200 ans de données.

Pour en savoir plus :

• Gyres, jets and waves in the Earth’s core, C. C. Finlay et al., Nature Reviews Earth & Environment 4, pages 377–392, 2023
• Mapping changes in Earth’s magnetic field (ESA)

Découverte d’ondes magnétiques dans le noyau externe

Les satellites SWARM ont permis la découverte d'un nouveau type d'onde magnétique qui balaie la partie la plus externe du noyau externe de la Terre tous les sept ans. Ces ondes, appelées ondes magnéto-Coriolis, se propagent vers l'ouest à une vitesse pouvant atteindre 1 500 kilomètres par an. Elles sont alignées le long de l'axe de rotation de la Terre et sont les plus fortes près de la région équatoriale du noyau. Cette découverte ouvre une nouvelle fenêtre sur les processus dynamiques internes de la Terre.

Tout comme la température et le niveau de la mer sont des variables climatiques essentielles, on peut décrire le champ magnétique terrestre comme une variable planétaire essentielle. Il est lié à de nombreux processus physiques dans le système terrestre, et son suivi est essentiel pour comprendre l'état de la planète dans son ensemble.

Les champs magnétiques traversent et entourent l'ensemble de la Terre, influençant et étant influencés par de nombreux facteurs différents. Le mouvement des fluides dans le noyau de la Terre génère l'essentiel du champ (dans un processus que nous appelons le géodynamo), qui s'étend dans l'espace et oppose le flux du vent solaire (plasma projeté depuis la surface du Soleil).

La région de l'espace dominée par le champ magnétique de la Terre est appelée la magnétosphère, où des processus complexes médiatisent le transfert d'énergie entre le vent solaire et le système terrestre, régulant, entre autres, l'apparition de l'aurore.

Mais cela ne s'arrête pas là. Les courants électriques dans la magnétosphère et l'ionosphère induisent des courants secondaires dans le sol, qui génèrent eux-mêmes des champs magnétiques dépendant de la géologie locale. Certaines des méthodes que nous utilisons pour évaluer la géologie locale consistent à cartographier les champs magnétiques.

Au-delà de la compréhension plus complète du fonctionnement de notre planète, ces données sont utilisées à des fins très pragmatiques, allant de la navigation de précision à l'atténuation des phénomènes météorologiques spatiaux.

Pour en savoir plus :

• Satellite magnetic data reveal interannual waves in Earth’s core, N. Gillet et al., Proceedings of the National Academy of Sciences, 119 (13) e2115258119, 2022
• Swarm unveils magnetic waves deep down (ESA)

Modèle magnétique mondial amélioré

Les données collectées par SWARM ont permis d'améliorer le Modèle Magnétique Mondial (WMM), modèle mathématique décrivant le champ magnétique terrestre à l’échelle globale, utilisé pour la navigation, la géolocalisation et la surveillance des infrastructures. Grâce à la couverture globale et à la séparation des champs internes et externes, le WMM offre désormais une meilleure précision, essentielle pour les applications sensibles aux variations du champ magnétique. Les données Swarm permettent de corriger régulièrement le WMM, qui est mis à jour tous les 5 ans (et parfois plus fréquemment si le pôle magnétique se déplace rapidement).

Pour en savoir plus :

• Description of the multi-approach gravity field models from SWARM GPS data, J. Teixeira da Encarnação et al., Earth System Science Data, 2, 1385–1417, 2020
• Gravity Field Models from Swarm data (ESA)
• Modèle magnétique mondial

Applications et perspectives

Les données collectées par SWARM ont des applications variées, notamment :

• Navigation : Amélioration des systèmes de navigation basés sur le magnétisme.
• Prévision de la météo spatiale : Compréhension des interactions entre le champ magnétique terrestre et le vent solaire.
• Études géophysiques : Analyse des dynamiques internes de la Terre, en particulier du noyau terrestre ainsi que les courants électriques dans l'ionosphère et la magnétosphère.

La mission SWARM continue de fournir des données essentielles pour la compréhension du champ magnétique terrestre et de ses variations.