Les satellites de navigation sont en orbite haute. Et si leur distance est modifiée

Le monde d’aujourd’hui ne pourrait pas fonctionner sans systèmes de navigation par satellite. Changer les orbites pour de nouveaux satellites, et donc la vitesse en orbite, est une action qui transformera la navigation en un produit plus de masse

Vous êtes-vous déjà demandé comment les océans étaient navigués lorsqu’il n’y avait pas de GNSS, les systèmes mondiaux de navigation par satellite que nous appelons familièrement GPS ? Comment les avions volaient-ils alors qu’il fallait naviguer autrement qu’avec les informations que tout le monde a sur son téléphone aujourd’hui ? Et il n’y avait pas de listes en ligne des meilleurs systèmes de navigation automobile.

Les satellites de navigation étaient utilisés bien avant le développement du GPS

Si vous revenez brièvement à l’époque où les satellites étaient déjà en orbite autour de la Terre, il existe des idées récentes pour utiliser les signaux satellites Starlink pour déterminer votre position sur Terre afin de répondre à ces questions. À l’époque, avant la création du GPS, du GLONASS, de GALILEO et de plusieurs autres systèmes de navigation par satellite, les satellites étaient également utilisés pour le positionnement.

Il n’était pas destiné directement à cet effet, mais grâce à la méthode Doppler de détermination de la position de la source du signal, il a été possible de déterminer assez bien la position du navire dans l’océan. Les premières tentatives ont été faites après que l’Union soviétique a installé le satellite Spoutnik 1. Ensuite, le système Tranzit a été construit assez rapidement, qui était en pratique le premier système de navigation par satellite. Il a fonctionné de 1963 (il a été officiellement lancé en 1968) jusqu’en 1996, date à laquelle il a été officiellement fermé.

À gauche, le satellite SECOR, un prototype de système permettant de déterminer la position d’objets sur Terre. A droite, satellite Transit (Photo : JHUAPL, NASA)

Navigation en temps pré-satellite

Avant que la navigation par satellite ne commence à être utilisée pour de bon dans les communications, les signaux des émetteurs radio terrestres étaient utilisés pour déterminer la position d’un navire ou d’un aéronef. Puis vinrent les systèmes INS (navigation inertielle) encore utilisés qui utilisent les informations d’un ensemble de capteurs (gyroscopes, accéléromètres, magnétomètres) pour déterminer le rythme et la direction du mouvement. Ils avaient automatisé des mesures humaines antérieures de ce type.

Système de navigation inertielle INS, sous-marinSystème de navigation inertielle, tel qu’utilisé par le passé sur les sous-marins (photo : National Air and Space Museum, Smithsonian Institution)

Avant que de telles solutions ne deviennent courantes au XXe siècle, lorsque la navigation à vue ne suffisait plus et que l’avion était loin de l’aéroport et haut dans le ciel, la navigation basée sur les étoiles, le soleil et la lune était toujours importante, comme c’était le cas. des centaines voire des milliers d’années plus tôt lors de voyages en mer.

Un utilisateur ordinaire de la navigation par satellite ne pense même pas à son fonctionnement

Aujourd’hui, alors que nous acceptons les droits des applications mobiles pour déterminer notre position en fonction des données satellitaires (car la position peut être déterminée en fonction d’autres caractéristiques de l’environnement dans lequel nous nous trouvons, par exemple l’adresse IP d’un réseau proche), nous ne pensez généralement pas à répondre aux questions autant que de satellites est nécessaire pour une détermination correcte de la position (il devrait être d’au moins 3, et de préférence 4 pour corriger les erreurs d’horloge dans le récepteur). Est-il très important de mesurer avec précision le temps dans la navigation par satellite, et la prise en compte des effets relativistes est quelque chose d’évident.

Navigation par satellite Sony PyxisDéjà au milieu des années 1990, Sony proposait en Pologne le système de navigation par satellite Pyxis, basé sur un réseau de satellites GPS, destiné aux marins. C’était un appareil légèrement plus grand qu’un disque de 3,5 pouces et à peu près le même poids

Dans ce texte, cependant, nous ne traitons pas des techniques GNSS, mais nous nous concentrons plutôt sur des questions quantitatives, c’est-à-dire combien de systèmes de navigation nous avons actuellement et comment cette situation pourrait changer à l’avenir.

Exploitation actuelle de systèmes GNSS dans le monde

Chaque système GNSS offre une précision de détection de position différente (de plusieurs mètres à moins d’un mètre) selon le type de récepteur qui souhaite l’utiliser (civil, militaire). Nous divisons également les systèmes en global et local, c’est-à-dire ceux qui fonctionneront partout dans le monde, ainsi que ceux qui ne fonctionnent que localement, comme le japonais QZSS (Quasi-Zenith Satellite System) qui opère en Asie et en Océanie. ou NavIC (NAVigation with Indian Constellation) desservant la région de l’Inde et ses environs.

Du point de vue d’un utilisateur ordinaire, c’est-à-dire une personne qui utilise un smartphone pour déterminer la position, peu importe quel système est actuellement à portée et offre le meilleur signal. Les systèmes utilisés dans les smartphones, parfois séparés, le plus souvent intégrés au chipset, supportent plus d’une constellation de satellites (GPS, GLONASS, Galileo, Beidou).

Application Satellites pour la navigation par satelliteLa navigation par satellite aujourd’hui n’est pas seulement le domaine des voyageurs, même les appareils tels que les tracteurs, les transports en commun ou même les scooters électriques loués à l’heure ne peuvent pas être effectués par le GPS populaire (sur la photo une visualisation du satellite Galileo)

Un passe-temps intéressant peut être d’utiliser, par exemple, l’application GPSTest (version Android), qui montre combien de satellites sont actuellement à portée de notre téléphone et lesquels sont actuellement utilisés pour déterminer la position.

Liste des satellites de test GPS Test de visibilité des satellites GPS

Vous trouverez ci-dessous un résumé des systèmes GNSS mondiaux (le nombre réel de satellites est supérieur au nombre de satellites actuellement en fonctionnement, en raison de la reconstitution progressive du réseau et de l’arrêt progressif de ses composants inactifs, ainsi que de la présence de satellites de réserve ):

  • GPS ou système de positionnement global – est un réseau américain, pleinement opérationnel depuis 1993 (satellite prototype mis en orbite en 1978), utilise 31 satellites en orbite à environ 20 180 km au-dessus de la Terre
  • Système de navigation par satellite GLONASS ou GLOBAL – est un réseau russe, pleinement opérationnel depuis 2011 (il a commencé à fonctionner en 1995), utilisant 22 satellites en orbite à 19 130 km au-dessus de la Terre
  • Galilée – est un réseau européen qui n’a atteint sa pleine fonctionnalité opérationnelle qu’en 2021, utilise 23 satellites sur une orbite de 23222 km au-dessus de la Terre
  • BDS ou système de navigation par satellite BeiDou – est un système de navigation chinois qui a déjà eu plusieurs générations, le dernier en date est la 3ème génération de satellites de 2020, il utilise 5 satellites en orbite géostationnaire (35 786 km) et 30 satellites en orbite à 21 150 km au-dessus de la Terre

S’agissant de systèmes mondiaux, leurs utilisateurs ont accès à tout moment à un nombre limité de satellites, qui se trouvent dans la portée de vision des appareils équipés de systèmes GNSS. Il convient de noter ici que certains appareils mobiles, y compris les appareils portables, peuvent s’appuyer sur des informations fournies par le téléphone connecté, mais peuvent également disposer de leurs propres systèmes pour déterminer cette position. Pour des raisons évidentes, cette dernière solution est la plus pratique.

Idée européenne pour un réseau de satellites GNSS en orbite basse

Les systèmes de positionnement global actuels sont des satellites en orbite MEO (orbite terrestre moyenne, c’est-à-dire à environ 20 000 km au-dessus de la Terre) ou en orbite GEO (géostationnaire). Selon les données de 2021, environ 6,5 milliards d’appareils les utilisent et leur marché croît à un rythme de 10 % par an. Bientôt, ils seront plus nombreux que les habitants de la Terre (à la mi-novembre 2022, la population humaine atteindra 8 milliards).

La capacité des réseaux GNSS actuels et la force de leur signal pourraient éventuellement s’avérer insuffisantes pour répondre aux besoins croissants des utilisateurs.

Constellation de satellites en orbite basseLe concept d’un réseau de satellites en orbite terrestre basse

Sur la base de cette hypothèse, l’ESA a proposé un système LEO-PNT (Low Earth Orbit – Positioning, Navigation and Timing) avec une flotte de satellites placés en orbite à plusieurs centaines de kilomètres au-dessus de la Terre, qui pourrait coopérer avec les satellites Galileo. Les satellites de télécommunications Starlink fonctionnent également à des altitudes similaires.

Grâce à la coopération du réseau de satellites en orbite terrestre supérieure et inférieure, il serait possible d’élever la navigation par satellite à un nouveau niveau. Le positionnement serait beaucoup plus rapide, les erreurs seraient moindres et le signal pourrait pénétrer plus près de l’intérieur des bâtiments

Un réseau GNSS en orbite basse (LEO) aurait des avantages évidents. La force du signal satellite serait plus élevée, leur position, en raison de leur mouvement plus rapide sur une orbite aussi basse par rapport au récepteur, pourrait être définie plus précisément. De plus, une orbite LEO offre une meilleure protection de l’électronique d’un tel satellite contre les perturbations spatiales, telles que les orages magnétiques. Le satellite lui-même serait également beaucoup plus petit (Galileo pèse environ 700 kg, le satellite LEO-PNT pèserait environ 70 kg, soit quatre fois moins que le Starlinki actuel), moins cher à fabriquer et plus facile à remplacer.

Le nombre total de satellites pour la navigation par satellite peut être supérieur au nombre de satellites Starlinków

En supposant que des réseaux LEO-PNT seront créés, non seulement celui mis en œuvre par l’ESA, mais aussi d’autres opérateurs, et que les satellites Starlink seront également contraints de travailler sur le positionnement, ce n’est pas une erreur de dire que le nombre total de satellites de navigation sera supérieure à la taille de ce dernier réseau.

Le réseau LEO-PNT permettrait une détermination efficace de la position de l’utilisateur non seulement à l’extérieur des locaux, comme c’est le cas aujourd’hui, mais aussi à l’intérieur, avec une plus grande résistance à tous les types d’interférences radio.

Source : inf. Propre, ESA, Orolia, Geospatialworld, photo : ESA / P. Carril

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