Un système de positionnement global comme Galileo ne pourrait fonctionner sans un réseau complet de stations au sol, coordonnées entre elles. Une partie de ces dernières contrôlent directement la constellation de satellites (le centre de contrôle et les stations de suivi et télémétrie des satellites TT&C), tandis qu’une autre partie évalue et corrige les performances du système de positionnement (le centre de mission, les stations de mesure GSS et le réseau de transmission des données ULS).

Les satellites Galileo

La constellation de positionnement Galileo progresse depuis l’envoi des premiers satellites FOC - Final Operational Capability – en 2014 et l’ouverture des services en décembre 2016. Fin 2024 la constellation est constituée de 25 (27 prévus en 2025) satellites FOC actifs en orbite circulaire MEO (Medium Earth Orbit) à 23 222km d’altitude en moyenne. Les satellites seront répartis à terme en 3 plans d’orbite décalés composés de 8 satellites nominaux + 2 satellites de rechange, tous actifs, pour couvrir l’ensemble du globe. 
Chacun des satellites diffuse en continu son identité, l’heure précise de son horloge atomique et sa position dans la constellation.

Les satellites ont pu être envoyés par paires depuis Kourou sur Soyouz, ou par groupes de quatre unités grâce à Ariane 5 ES. Le premier vol d’Ariane 6 (configuration 62) au service de Galileo aura lieu avec une paire de satellites à partir de 2025.

Un satellite Galileo FOC de première génération (à partir de 2014) pèse 730 kg et mesure presque 15 m de long une fois ses deux panneaux solaires déployés. Ils sont conçus pour fonctionner au moins 12 ans en orbite et ont été assemblés à Brême (Allemagne) par l’entreprise OHB, tandis que la charge utile a été assemblée au Royaume Uni par Surrey Satellites Technologies Ltd. Outre les systèmes de bord, le « cœur » de ces vaisseaux est constitué de quatre horloges atomiques de très haute précision. Il s’agit d’un fonctionnement redondant, destiné à assurer la fiabilité et la durée de vie du service et pour éviter d’éventuelles pannes ou erreurs : un satellite n’a besoin que d’une seule horloge active pour fonctionner. 

Les horloges de Galileo sont extraordinairement précises :

• 2 horloges atomiques à Maser hydrogène passif (PHM – Passive Hydrogène Maser) fonctionnent en stimulant un réservoir d’hydrogène super-refroidi à une fréquence précise. Il s’agit du système le plus précis en fonction, toutes constellations de positionnement confondues, avec une dérive estimée en moyenne à une seconde tous les 3 millions d’années.
• 2 horloges atomiques au Rubidium (RAFS – Rubidium Atomic Frequency Standard) qui utilisent l’état de transition du Rubidium-87 à 6,8 GHz pour mesurer le temps. L’une des deux horloges au Rubidium peut à tout moment prendre le relais d’un Maser hydrogène.

Enfin, une antenne émet les signaux de navigation sur les différentes bandes de fréquences utilisées par les services de Galileo :

• E1 (1559-1591MHz)
• E5a et E5b (1164-1214MHz)
• E6 (1260-1300MHz)

Le futur de Galileo

La pérennisation de Galileo est déjà assurée : 6 satellites supplémentaires de première génération sont déjà fabriqués et prêts à être mis sur orbite pour maintenir la constellation et gérer la transition vers la seconde génération du système qui débutera à la fin de la décennie 2020-2030. 

La deuxième génération de satellites est déjà en fabrication : l’ESA a signé en 2019 deux contrats pour produire un lot de 12 satellites de seconde génération. Utilisant pour la première fois la propulsion électrique et hébergeant une antenne de navigation améliorée, leurs charges utiles entièrement numériques sont conçues pour être facilement reconfigurées en orbite, ce qui leur permettra de répondre activement aux besoins évolutifs des utilisateurs grâce à de nouveaux signaux et services.

Les nouvelles technologies embarquées comprennent la propulsion électrique pour manœuvrer les satellites depuis l'orbite basse sur laquelle ils seront lancés jusqu'aux orbites opérationnelles finales, ce qui permet de lancer deux satellites ensemble malgré leur masse accrue. Des liaisons inter-satellites permettront de vérifier régulièrement leurs performances et de réduire leur dépendance à l'égard de la disponibilité des installations au sol. Les satellites seront également dotés d'une antenne de navigation plus puissante et de cinq horloges atomiques embarquées plus précises.

Lorsque les premiers d’entre eux seront en orbite en 2027, ils seront d’abord programmés pour transmettre les signaux actuels afin de garantir la continuité du service. Et puis, dans 7 à 10 ans, une fois déployés en nombre suffisant, ils transmettront aussi de nouveaux signaux innovants pour répondre aux futurs besoins de l’Europe.