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Beaucoup ignorent que derrière ces noms de programmes se cache une application des satellites qui fait partie des facilités utilisées quotidiennement dont nous aurions de la peine à nous passer. Il s'agit simplement des systèmes GPS en service qui vous permettent de savoir votre position sur la Terre en coordonnées Latitude-Longitude.Avec des dispositifs plus élaborés, il s'y ajoute l'altitude pour le trafic aérien.

 

Le GPS et la trilatération.

Un GPS, comment ça marche? Le principe est simple. Il ressemble à la triangulation qu'utilisent les géomètres pour trouver la position d'un lieu. sur une carte, mais au lieu d'utiliser les angles on va utiliser les distances. Dans l'exemple donné, on sait être à 68km d'Albi et 69km de Auch. Les 2 cercles nous situent à Toulouse ou proches de Montauban. Si on ajoute 94km de Cahors, un 3ème cercle lève l'ambiguïté. Pour le GPS, le problème se complique puisque nos villes sont remplacées par des satellites dans l'espace et le point recherché est sur la Terre ou au voisinage. La trilatération se fait à partir de sphères au lieu de cercles et la distance est mesurée par le temps de parcours d'une onde radioélectrique. Le système est extrêmement élaboré et il a fallu une vingtaine d'années pour obtenir la précision actuelle. Les améliorations se poursuivent, notamment pour affiner la mesure d'altitude.

 

La Constellation NAVSTAR-GPS.

Pour avoir une bonne précision de localisation, il faut au moins avoir 4 satellites en visibilité. Pour ce faire, la constellation Navstar est composée de 24 satellites actifs en orbite circulaire à 20.000 km (période de 12h) répartis sur 6 plans orbitaux dont l'inclinaison est de 55° par rapport à l'Equateur. La durée de vie d'un satellite est de 7 à 8 ans et il y a toujours 4 satellites en secours pour remplacer les défaillants. Depuis le lancement du programme, 70 satellites Navstar de 5 générations ont été lancés. La précision du système repose sur la mesure du temps et la position des satellites (éphémérides). Tout se joue sur des nanosecondes ce qui impose des oscillateurs ultra-stables sur les satellites (atomiques ) et très stables sur les récepteurs GPS( à quartz). Le système a deux fréquences d'émission. Pour les applications militaires, il emet autour de 1200 Mhz et pour les aplications civiles de 1.500 Mhz.

Le GPS est un dispositif militaire ouvert à l'utilisation civile. Il fonctionne sous la responsabilité de l'US Air Force qui dispose d'un Centre de contrôle, d'un Centre de calcul et de stations gérant les satellites en orbite. De nombreux dispositifs sont prévus pour limiter la précision de la localisation civile (Selective Availability par ex.) si les USA le jugeaient nécessaire. En principe, ils ne sont plus actifs.

 

GLONASS et les autres

Lancé en pleine Guerre froide, Navstar a très vite suscité une réaction de l'URSS qui a étudié un système comparable à base de satellites appelés Ouragan. La constellation de concept légèrement différent comprend aussi 24 satellites en orbite circulaire à 19.000 km d'altitude (période 11h15) répartis sur 3 plans orbitaux .L'inclinaison sur l'équateur est de 65° environ. Lancé en 1980, le programme a compté 24 satellites en 1995 puis a subi une forte dégradation suite aux vissicitudes de l'URSS. Les Russes l'ont repris en 2000 avec une nouvelle génération Ouragan M-K et en 2008, il était opérationnel sur toute la Russie avec 16 satellites. Depuis la constellation a été complétée, la précision de mesure est proche du GPS et les deux systèmes sont utilisés conjointement par diverses applications civiles.
Aux USA comme en Russie, les systèmes de localisation GPS sont militaires et peuvent être soumis à des limitations sans préavis pour l'emploi civil. C'est la raison pour laquelle beaucoup de pays souhaitent se doter de moyens indépendants .En plus de l'Europe avec Galileo, la Chine et l'Inde s'efforce de mettre en place des satellites couvrant au moins leur territoire national. La Chine a lancé le programme BEIDOU-COMPASS qui utilise 5 satellites géostationnaires plus une constellation de 30 satellites encore en projet. Pour l'Inde, l'objectif est plus modeste et non global avec IRNSS qui ne compte que 7 satellites. Le Japon a travaillé pour améliorer la précision du GPS avec le satellite QZSS.

 

EGNOS et GALILEO

Le programme europeen a débuté vers 2000 par le projet EGNOS de l'ESA et de l'Aviation civile qui compte 34 stations terrestres en Europe et reçoit les signaux GPS et GLONASS, puis par traitement applique des corrections améliorant considérablement la précision de localisation (x,y et h).
Ces informations traitées sont communiquées par 3 satellites géostationnaires aux utilisateurs.
Initié avec peine en 2001, le programme GALILEO démarre effectivement en 2005 par le lancement de GIOVE-1A, suivi en 2008 par GIOVE-B. Ces satellites d'expérimentation (EADS et THALES) testent les horloges atomiques et l'interopérabilité avec GPS et GLONASS. C'est le 21 octobre 2011 que le premier Soyouz lancé de Guyane met en orbite les deux premiers satellites opérationnels. La constellation GALILEO comptera 30 satellites (27 en service + 3 secours) sur 3 orbites circulaires à 23.200 km, inclinées de 56°. Elle fonctionnera vers 2014. Le service sera purement civil, mais correspondra à 5 prestations différentes. En plus de l'accès grand public, il y aura des données améliorées payantes, et différents services d'intérêt public.

 

CONCLUSION

La localisation par satellite déjà très précise (quelques mètres) ne cesse de progresser (GPS différentiel par ex.) et de s'améliorer dans les zones mal exposées et pour les altitudes. Les industriels français et européens ont acquis une bonne expérience sur divers projets (EADS sur GPS) (Alcatel Alenia sur EGNOS) qu'ils mettent à profit pour réaliser GALILEO. Il faut citer aussi quelques inconvénients à ne pas oublier. Le caractère stratégique de la localisation par satellite conduit à une prolifération des systèmes qui ne sera pas sans créer des problèmes pour les applications civiles comme la circulation aérienne. Un comité international (ICG) a été créé pour veiller sur la compatibilité et l'interopérabilité des systèmes. Rappelons aussi que sur cette orbite moyenne (20.000 km) où il y a déjà des centaines de satellites, les constellations en ajouteront une douzaine par an ...et pour longtemps!

 

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Textes : Jack Muller

crédits image: http://hubblesite.org/gallery http://www.esa.int/