satellite artificiel (suite)

Technologie des satellites

L’alimentation en énergie

Sur la plupart des satellites d’application en service, on fait appel à la conversion de l’énergie solaire en électricité au moyen de photopiles à semi-conducteurs. Ces photopiles recouvrent soit la surface extérieure du satellite, soit des panneaux de grandes dimensions repliés le long du satellite pendant la phase de lancement et qui se déploient après la mise sur orbite. Le nombre de cellules varie de quelques milliers à plus de 100 000 selon la puissance nécessaire pour le satellite. Les générateurs solaires ne pouvant fonctionner que s’ils sont soumis à un éclairement suffisant, on leur adjoint des batteries classiques fournissant une énergie d’appoint lorsque le satellite traverse des zones d’ombre.

Les générateurs nucléaires constituent une autre source d’électricité, mais ils n’ont encore pratiquement pas dépassé le stade expérimental. Ils font appel à la conversion en électricité de la chaleur produite par des désintégrations nucléaires et appartiennent à deux types différents : ceux qui utilisent la décomposition de substances radioactives naturelles ou artificielles et ceux qui sont construits à partir d’une pile nucléaire. Dans le cadre du programme SNAP (System Nuclear of Auxiliary Power), la NASA a développé quelques prototypes pour chacune de ces catégories. La conversion de la chaleur en électricité est obtenue par des thermocouples.

La stabilisation

Nombre des missions confiées aux satellites imposent une position par rapport au Soleil ou à la Terre parfaitement définie en orientation, donc des moyens de contrôle d’attitude et de stabilisation. Ces moyens sont de deux sortes.

• Procédés de stabilisation passifs. Il en existe deux principaux. La stabilisation gyroscopique consiste à mettre le satellite en rotation rapide sur lui-même autour d’un de ses axes, qui conserve alors une direction fixe dans l’espace. La stabilisation par gradient de pesanteur repose sur la variation de la pesanteur avec l’altitude ; le satellite est relié par une tige de grande longueur à une boule de faible masse, et l’ensemble satellite-boule s’oriente alors de telle sorte que la tige soit alignée suivant la verticale locale.

• Procédés de stabilisation actifs. Ils consistent à détecter les variations d’attitude par rapport à la position optimale et à exercer des couples correcteurs à partir de systèmes énergétiques montés à bord du satellite. Les principaux sont les systèmes à jets de gaz, dans lesquels trois groupes de petites tuyères créent des couples autour des axes de roulis, de tangage et de lacet, et les volants d’inertie. Ceux-ci sont des roues de grande inertie, liées au satellite et mobiles autour de leur axe, la variation de la vitesse de rotation de ces roues entraînant par réaction une rotation du satellite lui-même. De tous ces dispositifs, c’est le système à jets de gaz qui est de beaucoup le plus employé.

Le contrôle thermique

Les échanges thermiques existant entre les diverses parties d’un satellite et l’espace extérieur sont très différents suivant que ces parties sont dans l’ombre ou éclairées par le Soleil. Il en résulte des différences de température entre les éléments constituant le satellite, et le but du contrôle thermique est de régulariser ces écarts de telle sorte que tous les équipements du satellite soient maintenus dans les limites de température propres à leur fonctionnement. Le résultat est obtenu par un choix approprié des coefficients de conductibilité thermique et d’émissivité des différents éléments de la structure du satellite. Le problème se complique du fait des variations des échanges thermiques en fonction de la position du satellite sur son orbite ; il faut alors parfois recourir à des variations dans le temps des propriétés optiques de la surface du satellite à l’aide d’écrans mobiles. La mise au point définitive du système de contrôle thermique s’effectue dans des chambres de simulation en même temps que les essais de compatibilité des différents systèmes entre eux, l’ensemble de tous ces essais étant baptisé intégration.

Les essais d’intégration

Ils se déroulent dans des installations où l’on peut reproduire les principales caractéristiques de l’ambiance spatiale, c’est-à-dire le vide et le rayonnement solaire. Pour produire le niveau de vide nécessaire, il faut faire appel à deux pompes montées en série, l’une dite « primaire », de type classique, et l’autre dite « secondaire », qui est soit une pompe à diffusion, soit une pompe cryogénique. On atteint ainsi des vides de l’ordre de 10^–9 mm de mercure. La simulation du rayonnement solaire est réalisée à l’aide de lampes à arc et de systèmes optiques focalisateurs. À Toulouse, le Centre national d’études spatiales (C. N. E. S.) a mis en place un simulateur spatial dont la chambre mesure 7,5 m de diamètre et 5 m de hauteur, et qui est actuellement le plus grand d’Europe.

Classification des satellites

Depuis le lancement de « Spoutnik 1 », le 4 octobre 1957, le nombre de satellites mis en orbite chaque année n’a cessé de s’accroître. D’autre part, alors que les premiers satellites avaient seulement des missions scientifiques, il existe maintenant toute une gamme de satellites d’applications qui apportent d’importantes contributions à la conquête spatiale.

Les satellites de télécommunications

Ils ont pour mission de servir de relais aux ondes hertziennes afin de faciliter les télécommunications (téléphonie et télévision) entre des régions très éloignées, en raison des avantages résultant de l’élévation de la hauteur d’antennes émettant des ondes électromagnétiques : plus l’émetteur est disposé haut, et plus la surface couverte ou la portée limite est augmentée.

À partir du sol terrestre, un émetteur pointé sur le satellite envoie à celui-ci un flux d’énergie électromagnétique porteur d’informations. Le satellite réfléchit avec ou sans amplification les ondes et les renvoie au sol sur un dispositif récepteur permettant ainsi de réaliser des bonds de très grandes longueurs.