61-Transmissions par satellite ne soit déployé, l`alimentation

ne soit déployé, l'alimentation du satellite doit être assurée. Pour cela, 4 batteries de 40 ampères-heures
identiques à
celles de Spot 4 sont embarquées sur Spot 5 pour répondre à la consommation du satellite. Elles sont
composées chacune de 24 accumulateurs Nickel-Cadmium. Elles sont rechargées au sol avant le lancement
et autorisent ainsi une autonomie d'énergie de l'ordre de 3 orbites pour attendre que le satellite dispose de
courant tant que le générateur solaire n'est pas déployé.
Pour tenir les cinq années de durée de vie souhaitée, ce qui représente plus de 25 000 cycles, une gestion
très fine de la charge des batteries a été définie.
4.10.3 Le contrôle et la régulation de l'énergie électrique
Cette gestion des batteries est assurée nominalement par le logiciel de vol qui pilote le RSJD (Régulateur
Shunt Jonction) . Ce régulateur permet de shunter l'énergie électrique excédentaire. Le fonctionnement, en
mode nominal du satellite, se fait ainsi selon le processus suivant :
De nuit, les batteries fournissent toute la puissance au satellite, c'est la phase de décharge des batteries et
la tension aux bornes du bus décroît. Dès que le générateur solaire est éclairé, la phase de charge débute.
Le courant de charge des batteries est limité à une valeur constante de 48 Ampères ; la tension augmente.
Dès que la tension atteint la valeur limite, le RSJ la maintient à cette valeur. Lorsque le coefficient de
recharge des batteries arrive à son quota, le calculateur ordonne d'arrêter la charge. Ce dernier va imposer
un courant de maintien de 0,4 Ampères.
Enfin, en mode survie, alors que les ressources du calculateur de bord ne sont plus disponibles, la gestion
des batteries et le contrôle de la puissance du générateur solaire sont assurées de façon autonome par une
logique câblée.
4.10.4 La distribution de l'énergie
L'énergie est transmise aux différents sous-ensembles du satellite. A partir du bus principal, différents bus
spécifiques alimentent la plate-forme, la charge utile, les passagers, les systèmes de réchauffage de la
plate-forme et de la charge utile. Un bus de puissance de 50 Volts régulé est généré pour alimenter le
calculateur central et d'autres équipements dit sensibles de la plate-forme. Cette distribution est assurée par
le RSJD.
Contrairement à un avion qui se sert de son attitude pour maîtriser sa trajectoire (il se cabre pour monter, se
penche sur le côté pour virer...), le mouvement angulaire du satellite, qui évolue dans le vide, n'a quasiment
pas de conséquence sur sa trajectoire (orbite).
4.10.5 Le maintien de l'orbite
Du fait de forces parasites exercées sur le satellite ( pression de radiation solaire par exemple), l'orbite du
satellite évolue légèrement et il est nécessaire d'effectuer cycliquement des petites corrections à l'aide de
micropopulseurs afin de garder le satellite sur son orbite héliosynchrone : c'est le maintien en orbite. On
effectue ainsi des petites poussées régulièrement , environ chaque mois , ( manœuvre MCC) pour corriger
le demi grand axe de l'orbite. Tous les six mois environ, une manœuvre de correction d'orbite plus
importante avec une rotation du satellite ( manœuvre MCO ), est réalisée pour corriger l'inclinaison de
l'orbite. Pour ce faire des propulseurs (tuyères fonctionnant par combustion d'hydrazine) peuvent produire
une force de 15 Newton.
http://www.oma.be/BIRA-IASB/Public/Research/SolWind/SolWind.fr.html
Le vent solaire
J. De Keyser et V. Pierrard
Introduction
Le Soleil, notre étoile, est pour nous indispensable : il donne lumière et chaleur,
rendant possible la vie sur Terre. Ce qui est moins connu c'est que le Soleil émet un
flux de particules chargées dans toutes les directions, sous la forme d'un vent solaire
continuel. Le vent solaire a une grande influence sur les couches extérieures des
atmosphères planétaires donc aussi sur celles de la Terre.
L'illustration ci-contre représente au milieu le Soleil avec tout autour l'atmosphère
solaire ou couronne.
Le graphique montre la vitesse du vent solaire mesurée par le satellite Ulysses : le
vent solaire rapide est expulsé des régions autour des pôles, Nord et Sud, du Soleil à
la vitesse de 800 km/s, alors que le vent solaire lent afflue de la zone équatoriale à
350 km/s. Le vent solaire est immergé dans un champ magnétique. Le graphique est
coloré en rose quand la polarité du champ magnétique solaire (càd la direction
qu'indiquerait l'aiguille d'une boussole) pointe dans la direction opposée au Soleil (au
cours du cycle solaire actuel, il s'agit de la direction du champ magnétique au-dessus
du pôle Nord du Soleil) et coloré en bleu quand la polarité du champ magnétique
solaire pointe vers le Soleil (la direction du champ magnétique au-dessus du pôle
Sud).
4.10.6 Le contrôle d'altitude
Le contrôle d'attitude (orientation angulaire) permet au système optique de rester correctement pointé vers la
zone au sol dont on veut obtenir l'image : pour ce faire le satellite Spot5 est stabilisé suivant trois axes.
61-Transmissions
par satellite
Malheureusement le satellite a tendance à se dépointer sous l'action de couples produits par
l'environnement (aérodynamique de l'atmosphère résiduelle sur le générateur solaire, pression de radiation
solaire ...) ou produits en son sein (par le mouvement d'une pièce mécanique...). Il faut donc
contrôler activement l'orientation angulaire mais aussi assurer une stabilité de cette orientation pour éviter
l'effet de "bougé" sur les images : c'est le contrôle d'attitude.
Ce contrôle est assuré en permanence par une boucle d'asservissement : des capteurs mesurent
l'orientation du satellite, le calculateur de bord traite ces mesures et établit les commandes qui, exécutées
par les actuateurs doivent maintenir un pointage parfait.
4.10.7 pointage
Afin d'assurer le pointage , on utilise nominalement les équipements suivants :
Des capteurs :
- une centrale inertielle composée de quatre gyromètres ; ces gyromètres étant des gyromètres deux
axes, deux d'entre eux suffisent à délivrer des mesures de vitesse angulaire sur les trois axes du
trièdre satellite. Les deux autres sont donc utilisés en secours,
deux senseurs terrestres digitaux (STD), un nominal et un redondant, permettent de mesurer la direction du
centre de la Terre.
Des actuateurs :
- Trois roues à réaction à palier magnétique (RRPM) permettent d'appliquer un couple au satellite et ainsi,
de provoquer une rotation autour de l'un des axes Xs, Ys ou Zs.
- Deux magnéto-coupleurs (MAC) qui, par interaction avec le champ magnétique terrestre, entraînent la
création de couples ayant pour but de permettre le contrôle de la vitesse de rotation des roues à réaction.
Dans certains modes de fonctionnement (principalement les modes d'acquisition et de replis en cas
d'anomalie ) les propulseurs peuvent être utilisés à la place des roues et des magnéto-coupleurs : leur bras
de levier par rapport au centre de gravité du satellite induit une rotation autour de l'un des axes Xs, Ys ou Zs.
4.10.8
Application
Résumez les facteurs qui vont intervenir sur la durée de vie d’un satellite
Durée d’une éclipse
Satellite Astra 19°Est
Puissance moyenne consommée sur 24h : 3kW
Calculez l’heure à laquelle se produit son éclipse de soleil
Calculez la durée de l’éclipse
Calculée la puissance de crête des panneaux
Transmissions par satellite-62
5 Politiques de réservation
5.1
Accès Multiple à Répartition en Fréquence (AMRF)
Cette technique, analogique, a été l’une des premières utilisées et tend à disparaître. Son principe est, pour
n stations dans le système de communications, de découper la bande passante du transpondeur du satellite
en n sous-bandes. Chaque sous-bande est assignée à une station et lui permet d’émettre simultanément
mais indépendamment des autres stations. Pour pouvoir mettre en place cette technique, chaque station
possède : un modulateur un émetteur, n récepteurs et n démodulateurs.
Si des stations n’émettent pas, il y a perte sèche de la bande passante qui leur est affectée. De plus il y a un
asservissement constant des puissances d’émissions, c’est à dire qu’une station qui a besoin d’une plus
grande bande passante va être gênée par cette contrainte d’avoir des bandes passantes de taille fixe. Enfin,
si de nouvelles stations se joignent au système de communications, il est obligatoire d’assigner de nouvelles
bandes de fréquences…
Solutions adoptées:
Pour un trafic stable et important: affectation permanente.
Pour un trafic à caractère aléatoire: affectation à la demande; DAMA (Demand Assigned Multiple Access)
exemple: Le système SPADE utilisé par INTELSAT utilise le DAMA.
L’accès Multiple à Répartition dans le Temps (AMRT ou TDMA)
Cette méthode d’accès est à l’heure actuelle la plus utilisée dans le domaine des transmissions par
satellites. Son rendement est bien meilleur que celui de l’AMRF. De plus, si de nouvelles stations arrivent
dans le système de communication, il est facile de découper de nouvelles tranches de temps.
5.2 L’AMRT
http://gui.ehret.free.fr/
5.2.1
statique
Le principe de cette technique est de découper le temps en plusieurs tranches qui vont être affectées aux
stations terrestres. Dans ce cas toutes les stations émettent sur le canal avec la même fréquence tout en
utilisant la totalité de la bande passante, mais de façon successive.
Au contraire de l’AMRF, les stations ne sont donc équipées que d’un récepteur démodulateur. Par ailleurs,
cette technique nécessite le besoin d’une station de synchronisation temporelle afin de synchroniser
l’émission en début de tranches pour éviter les chevauchements de signaux. Pour cela, il y a entre chaque
tranche de temps un intervalle réservé à cette effet.
Chaque tranche de temps est composée d’un en-tête qui sert à identifier la station émettrice. Plus les
tranches de temps sont grandes, et moins l’en-tête prend de place par rapport aux données à transmettre,
donc le taux d’utilisation du canal satellite est élevé.
Problèmes : si la station n’utilise pas sa tranche de temps pour émettre, il y a perte de la tranche : donc
apparaît l’AMRT dynamique.
5.2.2
Dynamique
L’AMRT dynamique a été mis en place pour pouvoir donner la main aux stations qui en ont réellement
besoin. En effet, dans l’AMRT statique, si une station n’émettait pas de données dans sa tranches de temps,
la tranche était inutilisée. Le but de cette technique est donc d’allouer des tranches de temps aux stations
qui en font la demande et selon leurs besoins. En revanche, cette allocation dynamique alourdit la gestion
du système et augmente le temps de réponse, car il faut au minimum deux allers-retours avant que les
stations terrestres obtiennent de la part de la station de gestion les tranches de temps correspondant à la
demande.
En résumé, la technique AMRT est simple et a une gestion moins complexe que celle des méthodes que
nous allons voir par la suite. En revanche, elle a un taux d’utilisation du canal encore très loin de l’optimum.
Limites d'utilisation:
On désire donner la main aux stations terrestres qui en ont réellement besoin, au bon moment et avec la
plus grande longueur de temps de parole possible (tranche de temps T).
5.2.3
Les politiques d’accès aléatoire
Les politiques d’accès aléatoire pour les réseaux satellites sont sensiblement les mêmes que celles définies
pour les réseaux locaux. Nous allons en définir quelques unes successivement parmi : la technique ALOHA,
l’ALOHA en tranches et l’ALOHA avec réservation.
Le nom de cette méthode provient des expériences faites à l’Université d’Hawaï pour relier les centres
informatiques dispersés sur plusieurs îles.
5.2.3.1 La technique ALOHA
Les stations émettent, de façon inconditionnelle, des paquets dès qu’ils sont en leur possession, il n’y a pas
d’écoute du support avant la transmission. Dans le cas d’une collision, la station va retransmettre les
63-Transmissions par satellite
paquets après un délai aléatoire. Ce délai cumulé au temps de propagation fait que cette méthode d’accès a
un taux d’utilisation du canal satellite faible, approchant les 20 % ==> apparition de techniques similaires
mais avec des modifications qui apportent de meilleurs performances.
5.2.3.2 ALOHA en tranches ou discrétisé
L’idée de cette méthode est de découper le temps en tranches correspondant chacune au temps de
transmission d’un paquet . Les émissions sont alors synchronisées en début de tranches. Grâce à cette
méthode, s’il y a détection de collisions, c’est sur l’ensemble de la tranche de temps, et non plus sur une
partie d’un paquet. Cette méthode de découpage du temps en tranches, tout en gardant le système de
l’AHOA, améliore le taux d’utilisation du canal et le ramène à 36 %.
5.2.3.3 ALOHA avec réservation
Cette méthode est basée sur la notion de probabilité. Si une station commence à émettre un paquet, il y a
de fortes chances qu’elle en émette un autre immédiatement. Ce raisonnement va mener à l’idée de
réserver plusieurs tranches de temps à une station qui commence à émettre. De plus s'il y a collision, celleci s'effectue sur un intervalle complet et non sur une partie.
5.2.4 Réservation par paquet
Le but de ces méthodes est de permettre, aux stations qui en ont vraiment besoin, de transmettre leurs
données. Il existe deux méthodes : la réservation par une file d’attente fictive FIFO et la réservation
ordonnée.
5.2.4.1 Réservation par une file d’attente fictive
Le temps est découpé en tranches égales à la durée de transmission d'un paquet. Les tranches sont
regroupées en
trames dont la
durée est
supérieure au
temps de
propagation allerretour. Chaque
trame débute par
une tranche
contenant ellemême des minitranches en
nombre égal à
celui des tranches
restant disponibles dans la trame
La méthode ALOHA permet d'accéder aux mini-tranches. Les réussites (transmissions sans collision, ...)
déterminent une file d'attente fictive de type FIFO. Cette file est vidée en servant les clients un par un dans
les tranches de temps.
La principale difficulté de cette méthode provient du manque d'information permettant de connaître à
l'avance le nombre optimal de tranches et de mini-tranches dans une trame. Un manque de réussite sur les
mini-tranches peut engendrer un véritable effondrement du débit du système. En revanche, une trop grande
réussite peut allonger la file jusqu'à provoquer de débordements.
5.2.4.2 Réservation ordonnée
La structure de la
trame dans cette
politique est
essentiellement la
même que dans le
cas précédent,
mais il y a autant
de mini-tranches
dans l’entête que
de tranche dans la trame, et que de stations terrestres. Les mini-tranches sont dédiées et permettent aux
stations terrestres d’avertir les autres émetteurs qu’elles occuperont la tranche qui leur appartient. Dans le
cas contraire, la tranche correspondante devient libre et tous les utilisateurs peuvent y accéder dans un
mode d’accès aléatoire.
Transmissions par satellite-64