Um satélite artificial é um objeto feito pelo homem enviado ao espaço usando um lançador e orbitando um planeta ou um satélite natural como a lua . A velocidade transmitida pelo lançador ao satélite permite que ele permaneça praticamente indefinidamente no espaço ao orbitar o corpo celeste. Este, definido de acordo com a missão do satélite, pode assumir diferentes formas - sol - síncrona , geoestacionária , elíptica , circular - e estar localizado em altitudes mais ou menos elevadas, classificadas em órbita baixa , média ou alta .
O primeiro satélite artificial, o Sputnik 1 , foi lançado pela URSS em 1957. Desde então, mais de 5.500 satélites artificiais foram colocados em órbita (2007). Os satélites agora desempenham um papel importante tanto economicamente ( telecomunicações , posicionamento , previsão do tempo ), militar ( inteligência ) e científico ( observação astronômica , microgravidade , observação da Terra , oceanografia , altimetria ). Em particular, tornaram-se instrumentos essenciais para a nossa compreensão do universo físico , a modelação das alterações climáticas e o funcionamento da sociedade da informação .
Um satélite artificial consiste em uma carga útil , especificamente definida para a missão a ser cumprida, e uma plataforma padronizada que geralmente fornece funções de suporte como fonte de alimentação, propulsão, controle térmico , manutenção de direção e comunicações. O satélite é monitorado por uma central de controle de solo, que envia instruções e coleta os dados coletados por meio de uma rede de estações terrenas . Para cumprir a sua missão, o satélite deve permanecer em uma órbita de referência orientando precisamente os seus instrumentos: são necessárias intervenções a intervalos regulares para corrigir as perturbações naturais da órbita geradas, no caso de um satélite terrestre, pelas irregularidades do campo de gravidade , a influência do Sol e da Lua, bem como o arrasto criado pela atmosfera que permanece em órbita baixa.
O progresso técnico agora permite colocar em órbita satélites mais pesados (até seis toneladas e meia para satélites de telecomunicações), capazes de cumprir missões cada vez mais sofisticadas (satélites científicos), com grande autonomia. A vida útil de um satélite, que varia de acordo com o tipo de missão, pode chegar a quinze anos. Os avanços na eletrônica também estão possibilitando o desenvolvimento de microssatélites capazes de realizar missões sofisticadas.
A construção de satélites dá origem a uma indústria muito especializada, mas os instrumentos mais complexos ainda são frequentemente produzidos por laboratórios de pesquisa . O desenho de um satélite, de difícil reprodução quando não é um satélite de telecomunicações, é um processo que pode demorar dez anos no caso de um satélite científico. Os custos de fabrico que podem ascender a várias centenas de milhões de euros e os custos de lançamento (na ordem dos 10.000 a 20.000 dólares americanos por quilograma) limitam actualmente o desenvolvimento desta actividade que, para além das muito rentáveis telecomunicações para os operadores, é principalmente subsidiada pelos orçamentos públicos .
Um objeto lançado da superfície da Terra descreve uma trajetória parabólica que o traz de volta ao solo sob a influência da gravidade terrestre ( caso A no diagrama ). Quanto maior a velocidade inicial do objeto, mais longe está o ponto de queda ( caso B ). Ao atingir uma determinada velocidade, o objeto cai, mas sem nunca atingir o solo devido à curvatura da Terra ( caso C ). Para que o objeto retenha sua velocidade indefinidamente, no entanto, ele deve se mover no vácuo acima da atmosfera , onde nenhuma força de arrasto (atrito) é exercida: nesta altitude, em aplicação do princípio da inércia , nenhuma energia é de fato necessário para manter seu movimento.
Para um objeto orbitar ao redor da Terra, sua velocidade radial em relação ao centro da Terra (a velocidade de injeção) deve ser 7.700 metros por segundo para uma órbita circular 200 km acima da Terra (abaixo desta altitude o arrasto é muito grande ) Se uma velocidade maior for comunicada a um satélite viajando na mesma altitude, a órbita torna-se elíptica ( caso D no diagrama ): o ponto da elipse mais próximo da Terra é o perigeu e o ponto mais distante é o clímax . Se a velocidade for superior a 11 quilómetros por segundo ( caso E ), o satélite escapa da atração terrestre: é a velocidade da liberação da Terra que é necessário para se comunicar com a sonda espacial para que ele possa ser enviado para outros planetas no Sistema Solar .
A velocidade orbital mínima é proporcional à gravidade - e, portanto, à massa - do corpo celeste em torno do qual o satélite deve orbitar: um objeto que decola do solo lunar precisa de uma velocidade horizontal muito menor para entrar em órbita (4 vezes menor que para a Terra: 1,7 km / s ).
Perigeu (km) |
Velocidade de injeção (km / s) |
Observação | Pico atingido (km) |
Tipo de órbita |
---|---|---|---|---|
200 | 7,78 | Velocidade orbital mínima | 200 | Baixo (órbita circular) |
200 | 8 | 1000 | Baixo | |
200 | 9,2 | 10.000 | Médio | |
200 | 10,2 | 36.000 | Geossíncrono | |
200 | 10,8 | 380.000 | Lua | |
200 | 11 | Velocidade de liberação | Infinito | Interplanetário |
A trajetória de um satélite artificial ou natural é governada pelas três leis formuladas por Kepler aplicáveis ao deslocamento de um objeto orbitando em torno de um corpo celeste:
As leis de Kepler permitem calcular a partir das características de sua órbita o período de revolução , que é o intervalo de tempo entre duas passagens consecutivas de um satélite por um ponto em sua órbita, bem como a velocidade orbital , que corresponde à velocidade de o satélite em relação ao centro do planeta (o referencial utilizado mantém uma orientação fixa no espaço):
|
Seis parâmetros são usados para fornecer a posição e trajetória de um satélite no espaço:
Os parâmetros de órbita são definidos em um quadro de referência composto por vários planos e linhas:
A inclinação i do plano da órbita do satélite (entre 0 e 180 graus) é o ângulo que o plano da órbita faz com o plano do equador. Quando i = 90 ° a órbita do satélite voa sobre os pólos (órbita polar); se i = 0, o plano da órbita encontra-se no plano do equador. A órbita é dita direta quando i é menor que 90 ° e retrógrada caso contrário.
A longitude do nó ascendente ☊ (ou ascensão reta do nó ascendente) é o ângulo entre a direção do ponto vernal e a linha dos nós, no plano da eclíptica. Se o plano da órbita coincide com a linha dos equinócios, a longitude do nó ascendente é zero.
características da trajetória no plano orbitalNo plano definido pelos parâmetros anteriores, a órbita é descrita por três parâmetros. A forma da elipse percorrida pelo satélite é fornecida por duas informações:
O argumento do perigeu ω é o ângulo formado pela linha dos nós e a direção do perigeu (a linha que passa pela Terra e o perigeu da trajetória do satélite), no plano orbital. A longitude do perigeu é a soma da longitude do nó ascendente e o argumento do perigeu.
posição do satélite em sua órbitaA posição do satélite em seu caminho pode ser fornecida de duas maneiras:
A trajetória de um satélite artificial em torno de um corpo celeste não é completamente estável. É modificado por vários fenômenos naturais cuja influência varia de acordo com o corpo celeste e a posição do satélite. Se ele gira em torno da Terra, os fenômenos perturbadores estão em ordem decrescente de influência:
A Terra não tem uma forma perfeitamente esférica: seus pólos são ligeiramente achatados, enquanto o equador tem uma protuberância. Essas deformações induzem modificações no plano da órbita. Este movimento, a precessão nodal , é tanto mais importante quanto a inclinação da órbita é diferente de 90 ° e próxima à Terra.
Esta perturbação, a mais importante que sofre o satélite, modifica ao mesmo tempo a ascensão reta do nó ascendente Ω e o argumento do perigeu ω . Para manter a órbita, é necessário consumir muito combustível. Além disso, os satélites em órbita baixa, ao invés de corrigi-los, exploram as modificações de órbita induzidas (satélite em órbita sincronizada com o sol ) ou são colocados em órbitas com inclinações para as quais esta perturbação é zero ( i = 90 ° e 63 ° 26 ' )
Outras irregularidades no campo gravitacionalO campo gravitacional terrestre apresenta outras irregularidades que não as devidas às deformações do pólo e do equador: estão ligadas a variações de densidade ( repletões ) do subsolo terrestre ( crosta e manto ). Estes são particularmente numerosos na Lua. Para os satélites terrestres, variações no campo de gravidade acabam perturbando a órbita com uma ordem de magnitude muito menos importante do que devido ao achatamento do globo terrestre.
Resistência da atmosferaSe o corpo celeste em torno do qual o satélite gira tem uma atmosfera ( Terra , Marte , Vênus ), ele exerce uma força de arrasto proporcional ao quadrado da velocidade do satélite e à densidade da atmosfera: a velocidade do satélite é gradualmente reduzida. Se a órbita for elíptica, o primeiro efeito da resistência da atmosfera é torná-la circular (o apogeu é modificado e o perigeu permanece invariante), então a própria órbita circular é gradualmente abaixada. O satélite acaba sendo destruído ao entrar nas camadas mais densas da atmosfera. No caso de um satélite girando ao redor da Terra em uma órbita circular, sua vida útil média é igual a (levando em consideração o impacto de um vento solar médio detalhado abaixo):
A órbita dos satélites artificiais que circulam em órbita baixa é geralmente mantida acima de 300 km para que sua vida útil não seja muito curta. Para certas aplicações (satélite de inteligência, aplicação científica), uma órbita inferior pode ser escolhida temporária ou permanentemente para melhorar a precisão da observação: o satélite deve transportar uma grande quantidade de combustível para manter esta órbita, caso contrário, sua duração. A vida é particularmente curta . Os satélites espiões americanos KH-9 construídos na década de 1980 podem, portanto, descer a uma altitude de 118 km . Podemos reduzir o arrasto dos satélites que orbitam a baixa altitude, dando-lhes uma forma aerodinâmica, como é o caso do satélite GOCE que, para refinar nosso conhecimento do campo gravitacional, viaja em uma órbita circular de 250 km .
O vento solar , que é um fluxo de plasma composto principalmente de íons e elétrons ejetados da atmosfera superior do Sol, pode aumentar temporariamente o arrasto. Esse fluxo varia em velocidade e temperatura ao longo do tempo, dependendo da atividade solar. Isso segue um ciclo de 11 anos. Nas erupções solares , o aquecimento da ionosfera faz com que as camadas superiores da atmosfera se expandam para cima. Entre 300 e 500 km , a densidade pode ser multiplicada por 10: a força de arrasto aumenta proporcionalmente e alguns satélites podem perder mais de 10 km em poucos dias. Esses efeitos são particularmente problemáticos para satélites de observação da Terra como o Spot, cuja posição deve ser conhecida com grande precisão.
A atração da lua e do solAs duas estrelas influenciam a trajetória de um satélite artificial. O Sol, apesar de sua massa, tem uma influência mais fraca do que a Lua por causa de sua distância. Quanto maior a altitude do apogeu, maior a perturbação: é zero para satélites em órbita baixa e fraca para satélites geoestacionários.
Pressão de radiaçãoOs fótons emitidos pelo Sol exercem uma pressão fraca - da ordem de 10-5 Pa ao redor da Terra - mas continua nos objetos que encontram. A força exercida é proporcional à superfície exposta (a incidência e o caráter reflexivo da superfície exposta afetam esta força).
As órbitas dos satélites terrestres podem ter muitas formas e orientações: algumas são circulares ou, pelo contrário, têm a forma de uma elipse muito alongada. Eles podem estar localizados em baixa altitude, logo acima da atmosfera da Terra (250 km ) ou exceder 30.000 km . A órbita de um satélite artificial é escolhida para melhor atender às necessidades da missão. A maioria dos satélites usa um dos quatro tipos de órbita a seguir:
O traçado no solo de um satélite é a projeção no solo de sua trajetória segundo uma vertical que passa pelo centro do corpo celeste em torno do qual gira. Sua forma determina as porções da superfície varridas por instrumentos de satélite e as fendas de visibilidade do satélite por estações terrestres.
O desenho do traçado resulta tanto do deslocamento do satélite em sua órbita quanto da rotação da Terra. Este último causa uma deformação em direção ao oeste da pista em relação à trajetória:
A primeira menção de um rosto no novo satélite artificial The Brick Moon a Edward Everett Hale (1869). Júlio Verne também evoca essa ideia em Les 500 milhões de la Bégum (1879). Em 1903, Constantine Tsiolkovsky (1857–1935) publicou Исследование мировых пространств реактивными приборами ("Exploração espacial por meio de motores a jato"), que foi o primeiro trabalho científico de lançamento de foguetes. Neste livro, ele indica a velocidade mínima que um objeto deve atingir para ser colocado em órbita ao redor da Terra ( 8 km / s ) e recomenda o uso de um foguete de múltiplos estágios com motores a propelente líquido.
Em 1928, o esloveno Herman Potočnik (1892–1929), em sua obra única Das Problem der Befahrung des Weltraums (“O problema do voo espacial”), descreve os meios a serem implementados para permitir que o homem se estabeleça. Permanentemente no espaço. Ele descreve como espaçonaves colocadas em órbita podem ser usadas para observações pacíficas e militares da superfície da Terra; mostra o interesse da ausência de peso por experimentos científicos. O livro descreve a operação de satélites geoestacionários (mencionados pela primeira vez por Tsiolkovsky) e explora o problema das comunicações entre o solo e os satélites por meio do rádio. Mas o livro nunca menciona o uso de satélites para retransmitir telecomunicações e como sistema de transmissão.
Em 1945, o escritor de ficção científica Arthur C. Clarke (1917-2008) descreveu em detalhes o uso de satélites de telecomunicações para comunicações de massa. Clarke analisa as limitações logísticas do lançamento de um satélite, as órbitas possíveis e outros aspectos da criação de uma rede de satélites cobrindo o globo, destacando as vantagens de se ter um sistema de telecomunicações planetário. Ele também sugere o uso de três satélites em órbita geoestacionária, o suficiente para cobrir todo o planeta.
O primeiro satélite artificial, o Sputnik 1 , foi lançado pela URSS em4 de outubro de 1957e é o ponto de partida da corrida espacial entre a URSS e os Estados Unidos . Sputnik 2 , lançado em3 de novembro de 1957coloca em órbita pela primeira vez um ser vivo, a cadela Laïka . Os Estados Unidos, cujo programa espacial está atrasado, colocam seu primeiro satélite ( Explorer 1 ) em órbita em31 de janeiro de 1958. EmJunho de 1961, três anos e meio após o Sputnik 1, a Força Aérea dos Estados Unidos detecta cerca de 115 satélites orbitando a Terra. Os primeiros satélites são usados para estudos científicos. As variações da órbita do Sputnik 1 permitem entender melhor a densidade das camadas atmosféricas superiores.
País | Ano de lançamento |
Primeiro satélite (significado do nome) |
---|---|---|
União Soviética | 1957 | Sputnik 1 (companheiro) |
Estados Unidos | 1958 | Explorador 1 (explorador) |
França | 1965 | Asterix (personagem de desenho animado) |
Japão | 1970 | Ōsumi (nome de uma província japonesa) |
China | 1970 | Dong Fang Hong I (Oriente Vermelho) |
Reino Unido | 1971 | Prospero X-3 (personagem de Shakespeare) |
Índia | 1980 | Rohini (personagem da mitologia hindu ) |
Israel | 1988 | Ofeq 1 (horizonte) |
Ucrânia | 1992 | Strela (seta) |
Irã | 2009 | Omid 1 (esperança) |
Coréia do Norte | 2012 | Kwangmyŏngsŏng 3 número 2 |
Coreia do Sul | 2013 | STSAT-2C |
Os satélites de observação militar surgiram no início da conquista do espaço: são os satélites americanos da série Corona (primeiro lançamento emJunho de 1959) que permitem observar as instalações militares russas que as baterias antiaéreas protegem cada vez mais contra aviões espiões. Muito complexo (as fotos tiradas são enviadas para a Terra em uma cápsula que deve ser recuperada em vôo), serão necessários no mínimo 20 lançamentos para obter o primeiro vôo bem-sucedido. O primeiro satélite de alerta projetado para detectar o lançamento de um míssil estratégico é o americano Midas , cujo primeiro voo bem-sucedido data deMaio de 1960.
TIROS-1 , lançado em1 st abril 1960, inaugura satélites para observação meteorológica. O satélite americano Landsat-1 , lançado em23 de julho de 1972, é o primeiro satélite atribuído à observação da Terra e mais particularmente à avaliação das culturas de cereais. O satélite GEOS-3, lançado em9 de abril de 1975, inaugura o uso do radar do espaço. Lançado em30 de maio de 1971, o satélite Mariner 9 é o primeiro satélite a orbitar outro planeta ( Marte ). O Telescópio Espacial Hubble , lançado em 1990, é o primeiro observatório desta dimensão a ser colocado em órbita.
Em 1960, o primeiro satélite de telecomunicações Echo foi colocado em órbita baixa. É um satélite passivo que se contenta em devolver os sinais, ao contrário do Telstar 1 posto em órbita 1962 que os amplifica: para receber o sinal deste último, é necessária ainda uma antena de várias dezenas de metros. Na época, apenas os Estados Unidos dominavam a tecnologia para criar um sistema de telecomunicações espaciais. A organização Intelsat foi criada para tornar lucrativo o investimento americano, fornecendo aos seus membros o serviço americano em troca de sua contribuição. O satélite Early Bird (1965), lançado em nome da Intelsat, é o primeiro satélite de telecomunicações colocado em órbita geoestacionária. A capacidade de satélites de telecomunicações inicialmente limitada a 300 circuitos telefônicos, vai aumentar, tirando partido dos avanços no circuito eletrônico para chegar a 200.000 no final do XX ° século.
Os satélites Symphonie (1974-1975), fruto da cooperação franco-alemã , foram os primeiros satélites de telecomunicações produzidos na Europa. Várias inovações foram introduzidas: estabilização de três eixos em órbita geoestacionária e o uso de um sistema de propulsão Biergol para a manobra de circularização geossíncrona e manutenção de estação.
Operadores internacionais ( Inmarsat designados para comunicações marítimas, Intersputnik para países do Leste), regionais ( Eutelsat , operador europeu, Arabsat, etc.), nacionais e privados ( Astra ) foram criados nos anos 1970-1980 para reunir os recursos necessários para o estabelecimento de redes de satélite dedicadas, enquanto a Intelsat oferece cobertura mundial. A Rússia, prejudicada tanto pela latitude de suas bases de lançamento quanto pela latitude de grande parte do país, não adota o sistema de satélites geoestacionários que se generalizou, mas monta um sistema baseado em satélites em órbita média fortemente elíptica. Nos anos 1990-2000, a rentabilidade da atividade, que se diversificou (televisão direta, Internet, mensagens), aumentou acentuadamente: como resultado, as organizações internacionais (Intelsat) e regionais (Eutelsat) foram gradualmente privatizadas enquanto os operadores privados se multiplicam. A atividade é um dos setores mais afetados pela bolha da Internet no final dos anos 1990: várias operadoras estão montando projetos de constelações (de 10 a 70 satélites ) em órbita baixa ( Iridium , Globalstar, etc.) para lançar, entre outras coisas, satélite telefonia. Mas a lucratividade não existe e os projetos são interrompidos ou seus objetivos são revisados para baixo. Três quartos da receita hoje vêm da televisão por satélite, que está crescendo em todos os continentes.
Os satélites são de dois tipos. Os mais numerosos satélites de aplicação são usados para suportar telecomunicações em grandes áreas e observar a Terra (observação, geo-posicionamento, sensoriamento remoto, reconhecimento militar). Seu serviço não deve ser interrompido, eles exigem redundâncias em órbita e substituições por novas gerações. Os satélites científicos, por outro lado, têm uma gama muito ampla de missões, que vão desde o estudo do ambiente espacial até o do espaço profundo por telescópios espaciais .
Muito do espectro eletromagnético é filtrado pela atmosfera terrestre e não atinge o solo; apenas telescópios montados em satélites permitem estudar os raios gama e os raios X, ricos em informações cosmológicas, mas totalmente absorvidos pela ionosfera . Parte da radiação ultravioleta é interceptada pelo ozônio, enquanto a radiação infravermelha é absorvida pelo vapor d'água e dióxido de carbono na atmosfera. No campo da radiação visível, o telescópio espacial está livre das perturbações atmosféricas e da poluição luminosa com as quais os telescópios terrestres são confrontados.
O satélite está em uma posição ideal para observar a Terra. Situado em uma trajetória adequada, possui um campo de observação que pode abranger todo um hemisfério terrestre; também pode, com instrumentos recentes, cair para uma resolução de alguns decímetros. É capaz de fotografar periodicamente ao mesmo tempo solar uma área da superfície terrestre com regularidade metrônomo, tornando possível destacar rapidamente as mudanças ocorridas.
No campo das telecomunicações, um único satélite pode retransmitir entre estações espalhadas por todo um continente ou transmitir de sua única antena transmissões de TV ou rádio para todos os receptores individuais em vários países: ele substitui uma infraestrutura terrestre pesada muito cara e suscetível de ser rapidamente atingido por obsolescência técnica. O fracasso financeiro da telefonia via satélite , superado pelo avanço do GSM , mostra que essa vantagem nem sempre é decisiva.
Finalmente, um satélite é a melhor forma de estudar as condições que prevalecem no espaço: fluxo de partículas, campos elétricos e magnéticos.
Os satélites científicos são os satélites usados para estudos científicos do espaço . Encontramos nesta categoria os primeiros satélites como o Sputnik 1, cujas emissões de rádio permitiram estudar as camadas atmosféricas superiores. Os primeiros tijolos do espaço Europa foram lançados a pedido dos cientistas que estão na origem das organizações europeias ELDO e ESRO .
O estudo da Terra e do espaço próximoEsta categoria contém satélites cujas missões se relacionam com a geodésia (nível do oceano, por TOPEX / Poseidon ), geodinâmica (estudo das placas tectônicas ), modelagem do funcionamento da biosfera (que se tornou uma questão vital no quadro da teoria do aquecimento global )
Pesquisa de física fundamentalO espaço também é um lugar ideal para verificar certas teorias físicas em que a gravidade está envolvida.Podemos citar a verificação do princípio da equivalência pelos satélites Microscópio e STEP ou a busca de ondas gravitacionais por ( Lisa ).
Satélites astronômicosOs satélites astronômicos , que são telescópios em órbita, podem observar o espaço profundo com uma resolução que supera a dos mais poderosos observatórios terrestres ( Hubble ). Todo o espectro eletromagnético é estudado hoje por telescópios espaciais: radiação X ( XMM-Newton ), gama ( INTEGRAL ), infravermelho ( telescópio ISO ). O final dos anos 2000 foi fértil em novos instrumentos (para a Europa Herschel , Planck ). A ausência de atmosfera permite a detecção de exoplanetas localizados em sistemas estelares externos ( CoRoT ).
Os satélites de telecomunicações são usados para transmitir informações de um ponto a outro na Terra, incluindo comunicações por telefone, transmissão de dados (por exemplo, Thuraya ), comunicações por satélite e programas de televisão. É a única área que gera receitas muito superiores às despesas. Os clientes são empresas privadas ou antigas organizações internacionais privatizadas que geralmente possuem uma frota de satélites em órbita. O domínio é o maior usuário da órbita geoestacionária.
As principais frotas de satélites de telecomunicações são:
Os chamados satélites de transmissão direta têm aumentado nos últimos dez anos: eles transmitem pacotes de canais pagos e criptografados, bem como centenas de canais de TV e rádio gratuitos e não criptografados, que podem ser recebidos por uma antena , como um antena parabólica. , de tamanho pequeno doméstico (<60 cm ) e barato, graças à alta potência de transmissão dos satélites de transmissão.
Os satélites de sensoriamento remoto observam a Terra, para fins científicos (temperatura do mar, neve, seca, etc.), econômicos (recursos naturais, agricultura, etc.) ou militares (papel principal nas guerras contemporâneas); eles são mais comumente chamados de nome de satélites espiões). O espectro de observação é vasto: óptico, radar, infravermelho, ultravioleta, ouvindo sinais de rádio. A resolução atualmente é inferior a um metro para algumas faixas de frequência. Isso depende da tecnologia usada, mas também da altitude do satélite: uma boa resolução requer uma órbita baixa, geralmente sincronizada com o sol, usada por exemplo pelos satélites de observação da Terra da família SPOT . A órbita geoestacionária fixa é preferida para monitoramento permanente em tempo real, como no caso do programa de meteorologia mundial e suas famílias de satélites meteorológicos , incluindo o METEOSAT europeu .
Os satélites de radar podem analisar, por técnicas interferométricas , variações de alguns milímetros em certas estruturas. Eles são úteis para examinar os movimentos das placas continentais, particularmente antes ou depois de um terremoto , ou variações na espessura do gelo marinho.
Esses satélites permitem saber a posição de objetos na superfície da Terra, no ar (aviões, mísseis) e no espaço. Exemplos: DORIS , o sistema GPS americano , o futuro sistema europeu Galileo , o sistema russo GLONASS ou o chinês COMPASS .
Também nesta categoria está o sistema móvel de posicionamento de objetos Argos , datado de 1978 e transportado por satélites meteorológicos americanos e o europeu MetOp .
As necessidades dos militares estão na origem dos primeiros satélites de observação: já em 1959, no contexto da Guerra Fria , os Estados Unidos e a URSS desenvolveram satélites de observação militar, que são comumente chamados e indevidamente de " satélites espiões " ( a primeira delas foi a série Discoverer). Eles tornaram possível observar os recursos militares do inimigo em áreas inacessíveis. Hoje os conflitos modernos fazem uso extensivo dele e certamente não poderiam prescindir dele, usando diferentes tipos de satélites militares:
As agências espaciais mais avançadas lançaram-se no início da era espacial, espaçonaves para explorar o sistema solar usando instrumentos científicos. No início, essas sondas espaciais só eram capazes de um simples vôo sobre os planetas estudados porque a órbita em torno de um corpo celeste distante requer uma navegação de grande precisão e uma massa mais ou menos importante de propelentes . O progresso da tecnologia espacial e o poder crescente dos lançadores tornaram possível colocar alguns desses dispositivos em órbita primeiro em torno da Lua e planetas próximos ( Marte , Vênus ), depois corpos celestes mais distantes ( Júpiter , Saturno , Vesta , Ceres ) ou de difícil acesso, como Mercúrio profundamente embutido no poço gravitacional do Sol ou cometas e asteróides com campos gravitacionais irregulares. Ao se posicionar em uma órbita principalmente polar , a sonda espacial pode conduzir um estudo prolongado de todo o corpo celeste. Esta pesquisa pode ser seguida por uma missão de lançar um tipo de trem de pouso (estático) ou rover (móvel) na superfície do corpo celeste para um estudo in situ .
Um satélite é composto de dois subconjuntos:
As principais características de um satélite são sua carga útil, massa, vida operacional, órbita e plataforma.
A carga útil é o subconjunto do satélite responsável por realizar sua missão. Varia de acordo com o tipo de satélite e inclui, principalmente:
A massa de um satélite é um dos principais fatores de custo: lançar um quilograma em órbita baixa custa entre 10.000 e 30.000 dólares americanos por quilograma, dependendo do lançador usado (2004). Mas, no campo das telecomunicações, um satélite pesado tem maiores capacidades - número de comunicações simultâneas para um satélite de telecomunicações, número de instrumentos de bordo para um satélite científico - e uma vida útil prolongada graças ao transporte de mais combustível. Os satélites mais massivos são satélites de sensoriamento remoto , em órbita baixa, que podem atingir 20 toneladas : satélites de reconhecimento militares ( KH-11 , 19,6 toneladas ) ou civis ( ENVISAT , 8 toneladas ).
A massa máxima dos satélites (em particular para a órbita geoestacionária) foi durante muito tempo limitada pela capacidade dos lançadores e foi aumentando gradualmente para as necessidades das telecomunicações até à década de 1990.
Dependendo do tipo de missão, a divisão da massa pode ser muito diferente.
Spot 4 satélite de observação |
Vida útil do satélite geoestacionário de 15 anos |
|
---|---|---|
Plataforma | 1.100 kg | 1.620 kg |
Carga útil | 1.060 kg | 660 kg |
Massa seca total | 2 160 kg | 2.280 kg |
Ergols | 160 kg | 2.780 kg |
Missa no lançamento | 2320 kg | 5.060 kg |
A miniaturização da eletrônica agora torna possível projetar satélites completos equipados com funções avançadas pesando algumas dezenas de quilogramas. Entre os satélites de luz, podemos distinguir:
A vida útil de um satélite está ligada ao tipo de missão. Um satélite de telecomunicações recente (por exemplo, Hotbird 10 colocado em órbita no início de 2009) é construído para operar por cerca de quinze anos, enquanto um satélite de observação, como os da série Spot, é construído para uma vida útil de 5 anos. O fim da vida de um satélite está frequentemente associado ao esgotamento dos propelentes que lhe permitem manter a sua órbita numa trajetória nominal e orientar os seus instrumentos. Outros equipamentos vulneráveis são baterias que, em certos tipos de missões, podem ser esgotadas por ciclos repetidos de carga / descarga e eletrônicos. A operação de certos satélites científicos (telescópio infravermelho, etc.) usa hélio líquido a bordo para resfriamento que, uma vez esgotado, pára o instrumento.
As falhas também podem ser a causa do desligamento total ou parcial da operação de um satélite. Um estudo realizado em satélites geoestacionários para o período 1965-1990 identifica a falha total de 13 satélites geoestacionários e 355 falhas parciais. Essas falhas afetam a carga útil em 39% dos casos , 20% o sistema de controle de orientação e órbita, 9,6% a propulsão, 9,3% a fonte de alimentação e 9,2% dos componentes. Essas falhas são devidas ao design (25%), ao ambiente (22%) ou mesmo aos componentes (16%).
A plataforma ( barramento em inglês), ou módulo de serviço, agrupa todos os componentes do satélite que permitem sua operação. A composição relativamente imutável da plataforma permite que os principais fabricantes de satélites ofereçam modelos padrão correspondentes às missões mais frequentes:
Construtor | Nome | Massa de carga útil | Massa total | Energia elétrica | Tipo de órbita | Vida | Características / observações especiais |
---|---|---|---|---|---|---|---|
Boeing | Boeing 601 | 48 ou 60 transponders |
2,5−4,5 t | 4,8 kW 10 kW (HP) |
geoestacionário / médio |
Motor iônico (opcional) | |
Boeing | Boeing 702 | 4,5-6,5 t | 7-18 kW | geoestacionário | 7 anos | Motor iônico | |
Astrium | Eurostar E2000 + | 550 kg | 3,4 t | 4-7 kW | geoestacionário | 12 anos | |
Astrium | Eurostar E3000 | 1000 kg | 4,8-6,4 t | > 16 kW (CU de 4 a 14 kW ) | geoestacionário | 15 anos de idade | Propulsão elétrica (opção) |
OHB | Geo pequeno | 300 kg | 3 kW | geoestacionário | 15 anos de idade | Propulsão elétrica | |
Espaço Thales Alenia (TAS) | Spacebus 3000 | 2,5-5,2 t | geoestacionário | 15 anos de idade | |||
Espaço Thales Alenia | Spacebus 4000 | 4,0-5,9 t | até 15,8 kW (CU até 11,6 kW ) |
geoestacionário | 15 anos de idade | ||
Astrium e TAS | Alphabus | 1.300 kg | 6,5 t | CU de 13 a 18 kW | geoestacionário | 15 anos de idade | Propulsão elétrica |
Astrium | AstroSat-1000 | 900 kg | 1,4 kW | baixo | 7 anos | Plêiades | |
CNES / TAS | Proteus | 500 kg | 0,5 kW | baixo | 5 anos | Jason , CALIPSO , SMOS | |
CNES / Astrium-TAS | Miríade | 80 kg | 0,06 kW | baixo | 2 anos | ESPIRAL |
Uma plataforma tem vários subconjuntos:
O projeto dos satélites deve levar em consideração a natureza profundamente hostil do ambiente espacial. Os satélites se cruzam em um vácuo quase absoluto (10 -9 Pa ). Nessa pressão, os átomos da superfície dos sólidos tendem a se sublimar e os mecanismos ficam bloqueados. De lubrificantes desenvolvidos para operar em um vácuo deve ser usado. No vácuo, a energia térmica, produzida em abundância pela eletrônica dos satélites, só pode ser evacuada por radiação. As erupções solares e os raios cósmicos geram erros no processamento de dados pela eletrônica do satélite. Se a órbita do satélite fizer com que ele passe pelos cinturões de Van Allen (no caso dos satélites geoestacionários ou em órbita média e alta), isso pode levar à degradação de componentes eletrônicos, materiais e instrumentos ópticos. O plasma de partículas cria um risco de descarga eletrostática causando falha. A radiação solar degrada gradualmente o silício nos painéis solares, reduzindo sua eficiência.
A estrutura do satéliteA resistência mecânica do satélite é garantida por sua estrutura. Isso suporta os principais subconjuntos funcionais do satélite. Ele também fornece a interface mecânica com o iniciador.
A estrutura é dimensionada para lidar com as tensões mecânicas sofridas durante o vôo motorizado. O lançamento do foguete porta-aviões gera vibrações significativas provenientes principalmente dos motores e turbobombas que são transmitidas pelo corpo do foguete ao satélite e que variam em bandas de frequência entre 0 e 2.000 hertz . Na decolagem, o ruído chegou a 150 decibéis sob a carenagem que abriga o satélite. Este último também sofre acelerações e desacelerações que podem ser particularmente fortes durante a separação dos estágios, quando a carenagem é liberada e no momento da separação do lançador e do satélite devido ao uso de cargas pirotécnicas. Além desses choques ocasionais, a aceleração mais forte geralmente ocorre durante a fase final do vôo motorizado (até 4 ou 5 g ). A estrutura deve ser projetada para suportar todos esses esforços enquanto permanece leve.
A estrutura deve ser projetada de forma a limitar as deformações decorrentes das grandes diferenças de temperatura entre as diferentes partes do satélite, uma vez colocado em órbita: os eixos de visada dos sensores, antenas e instrumentos devem permanecer praticamente invariáveis de forma que o satélite pode cumprir sua missão nominalmente. Este requisito é particularmente importante para telescópios espaciais (posição relativa dos espelhos). Para satisfazer essa restrição, a estrutura é feita com materiais de baixo coeficiente de expansão , como compostos de carbono.
Produção de energiaO satélite deve ter energia elétrica para o funcionamento da carga útil e da plataforma. Os requisitos de energia elétrica variam dependendo do tamanho dos satélites e do tipo de aplicação. Os mais exigentes são os satélites de telecomunicações, que consomem muita energia amplificando os sinais recebidos. Os satélites de observação usando radar também requerem muita energia, mas de forma irregular. Os satélites que utilizam instrumentos de observação passivos (telescópios espaciais, etc.) são os menos exigentes, sendo a potência necessária entre 1 e 15 kW (em 2009), um valor relativamente baixo, graças à utilização de sofisticada eletrónica de baixa potência.
A energia elétrica é geralmente fornecida por painéis solares usando energia solar. Para um satélite orbitando a Terra, são necessários em média 40 m 2 de painéis solares para fornecer 10 kW (a extensão total pode chegar a 40 metros ). A orientação do satélite em relação ao Sol é, devido à sua trajetória, constantemente modificada: os painéis solares devem, portanto, ser reorientados permanentemente para que os raios do Sol os atinjam perpendicularmente. Quando o satélite está em órbita geoestacionária ou sincronizada com o sol, os painéis precisam apenas ser capazes de girar em um único eixo, mas dois graus de liberdade são necessários para as outras órbitas da Terra.
O satélite orbitando a Terra pode estar a caminho no cone de sombra da Terra. O fenômeno raro para satélites geoestacionários (duas vezes por ano nos equinócios ) representa um terço do tempo de viagem de um satélite sincronizado com o sol. Durante os períodos de escuridão, o satélite extrai sua energia de baterias que são fornecidas durante a fase iluminada. Descargas freqüentes das baterias de satélites em órbita baixa limitam sua vida útil e constituem uma das principais limitações da vida útil desse tipo de satélite (geralmente menos de 5 anos).
Para satélites orbitando um planeta longe do Sol, o uso de células fotovoltaicas torna-se impossível. A eletricidade produzida por geradores nucleares, como geradores termoelétricos de radioisótopos (RTG) , é geralmente usada . É o caso da sonda espacial Cassini , que se tornou um satélite artificial do planeta Saturno , o1 ° de julho de 2004, a eletricidade sendo fornecida por três RTGs para produzir pelo menos 628 W após 11 anos de missão.
O sistema de controle térmicoO sistema de controle térmico deve manter a temperatura dos componentes do satélite dentro de uma faixa de valores frequentemente próxima à encontrada na Terra (cerca de 20 ° C ). O satélite está sujeito a fortes tensões térmicas com diferenças de temperatura que podem chegar a 200 ° C entre a face iluminada pelo Sol e as faces voltadas para o espaço. Os equipamentos e instrumentos de bordo convertem a energia elétrica que usam em energia térmica que precisa ser evacuada. No entanto, um vácuo não pode dissipar essa energia por convecção do ar e a energia deve, portanto, ser evacuada por radiação, um processo de resfriamento menos eficiente.
Normalmente, o satélite é envolto em várias camadas isolantes de capa ou mylar em um suporte de alumínio que alterna com materiais como seda , nomex ou dacron . Esta manta reflete a radiação infravermelha e tem baixa condutividade térmica . O equipamento que mais produz calor é instalado, tanto quanto possível, em radiadores voltados para o exterior que dissipam o calor graças à sua alta emissividade no infravermelho. O calor produzido pelo equipamento localizado dentro do satélite é evacuado por tubos de calor para radiadores montados nas paredes externas do satélite. Antenas e painéis solares são protegidos termicamente pelo uso de materiais isolantes e tintas.
Quando os instrumentos e equipamentos não funcionam, os resistores de aquecimento permitem manter a temperatura dentro das faixas prescritas. Pode ser necessário manter certos instrumentos a uma temperatura muito baixa: por exemplo, os bolômetros a bordo do telescópio espacial Planck devem ser mantidos a uma temperatura de 0,1 kelvin .
Gerenciamento de bordaA gestão de bordo controla o funcionamento do satélite. Ele reúne os seguintes subsistemas:
O sistema de controle remoto e telemetria cuida do diálogo com o solo. As funções de controle remoto (solo ⇒ satélite) recebem e decodificam as instruções ou dados enviados pela central de controle e garantem sua distribuição aos demais subsistemas. As funções de telemetria (satélite ⇒ solo) recolhem os dados do satélite relativos à operação do satélite, os dados dos instrumentos e, após compressão, transmitem-nos para o centro de controlo quando as estações estão em visibilidade.
O sistema de controle de vôo mantém a trajetória e a orientação do satélite. Este sistema é baseado em um software que utiliza os dados fornecidos por diferentes tipos de sensores para determinar os desvios e faz correções por meio de atuadores (orientação) e geralmente motores químicos (trajetória). Entre as outras funções apoiadas pela gestão de bordo:
Algumas dessas funções podem ser executadas a partir de estações terrestres ou confiadas à automação de satélites.
Os dados coletados pelos instrumentos são armazenados em memórias de massa enquanto aguardam sua transferência para as estações ao voar sobre uma antena receptora. As comunicações internas por satélite são realizadas por meio de um ônibus. O fluxo de dados transmitido deve ser protegido de erros que podem ser causados por partículas carregadas que bombardeiam o satélite.
O sistema de propulsão
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O sistema de propulsão do satélite cumpre várias missões:
Assim que o satélite estiver estacionado:
Dada a diversidade das funções desempenhadas pela propulsão, frequentemente existem dois tipos de motores de foguete em um satélite: um, mais potente, cuida das manobras mais importantes, o outro mais preciso, mas de menor empuxo. Intervém para correções finas. Além disso, os satélites de telecomunicações geralmente incluem um motor de apogeu, cuja única função é fornecer uma velocidade de 1.500 m / s para circular a órbita a uma altitude de 36.000 km durante o estacionamento.
A massa do sistema de propulsão (propelentes, propulsores, tanques, etc.) varia muito dependendo do tipo de satélite. Em um satélite de telecomunicações geoestacionário com vida útil de 15 anos, o peso dos propelentes (sem o próprio sistema de propulsão) pode representar mais de 50% da massa do satélite, enquanto em um satélite de observação como o Ponto 4 esses mesmos propelentes representam aproximadamente 7 % da massa.
Os impulsos necessários variam de alguns milinewtons (ações corretivas) a algumas centenas de newtons (para o registro, 1 N permite que uma aceleração de 1 m / s 2 seja comunicada a uma massa de 1 kg ) se a transferência para a órbita final é tirado. suportado por satélite. Existem quatro tipos de propulsão, caracterizados por impulsos específicos (o impulso específico mede a eficiência de um motor de foguete: fornece em segundos o tempo durante o qual um quilograma de propelente produz um impulso de um quilograma-força) e impulsos significativamente diferentes. Todas essas tecnologias são baseadas na ejeção de material em alta velocidade:
Os instrumentos de satélite, para poderem funcionar corretamente, devem ser constantemente apontados com boa precisão: os satélites de telecomunicações devem direcionar sua antena transmissora para uma porção muito precisa do solo terrestre enquanto as câmeras dos satélites de observação devem enquadrar as áreas a ser fotografado aparecendo em suas instruções: para os instrumentos de um satélite de observação da série Spot que deve ser apontado com uma precisão inferior a 1 km e levando em conta sua altitude, entre 500 e 1.000 km , o erro de orientação do satélite deve ser menor de 0,1 °. Além disso, para evitar distorção da imagem obtida, a velocidade angular do satélite deve ser inferior a 0,005 ° / s .
No entanto, o satélite está sujeito a torques que modificam sua orientação: fenômenos naturais (pressão da radiação solar, pressão aerodinâmica, torques criados pelo campo magnético ou pelo campo gravitacional terrestre, etc.) ou decorrentes de deslocamentos de mecanismos do satélite (instrumento apontando). Para combater as mudanças na orientação (ou atitude), existem vários métodos:
Essas manobras são acionadas quando são detectadas mudanças na orientação maiores do que os valores definidos pelo centro de controle. A orientação do satélite é determinada pela soma de todos os deslocamentos angulares medidos por girômetros colocados nos três eixos desde a última orientação correta foi registrada. Girômetros e acelerômetros acumulam erros ao longo do tempo (deriva) e é necessário recalcular (dependendo do caso a cada algumas centenas de segundos, uma vez por órbita) a posição e orientação do satélite. Este cálculo é realizado a partir de dados fornecidos por sensores que servem de referência, dependendo do satélite, do centro da Terra, do Sol ou das estrelas mais brilhantes.
O satélite é produzido a pedido de um cliente. Como costuma acontecer em um grande projeto, delega a um cliente especializado suas tarefas na fase de projeto, implantação e qualificação do satélite. A implementação é apoiada por um gerente de projeto que coordenará os trabalhos da indústria e dos laboratórios participantes; seu número pode ser particularmente importante quando se trata de um satélite científico desenvolvido em cooperação por vários países (60 fabricantes de 14 países para o satélite de observação da Terra ERS1 ).
O desenvolvimento de um satélite, especialmente quando sua missão é científica, pode ser um projeto de longo prazo. Assim, o início do desenho das duas sondas europeias BepiColombo , que deverão ser colocadas em órbita ao redor de Mercúrio em 2020, remonta a 2004 com lançamento previsto para 2014. Existe, no entanto, uma tendência para encurtar as fases de desenvolvimento, em particular para satélites comerciais que usam componentes padrão.
As especificaçõesDefinir a missão é o primeiro passo no projeto de um satélite. Os requisitos da missão são definidos pelo cliente: características da carga útil , vida útil, disponibilidade / confiabilidade, velocidade dos links com o solo ou mesmo compatibilidade com os sistemas existentes. As restrições em que o projeto deve se enquadrar também são especificadas: custo, prazos de execução, capacidades do lançador se escolhido com antecedência (massa admissível, tamanho, nível de serviço em órbita), etc.
A fase de especificações inclui várias etapas codificadas na norma europeia ECSS para o projeto de espaçonaves: o estudo de viabilidade que explora os conceitos e refina a necessidade, a definição preliminar que fixa a arquitetura e finalmente a definição detalhada que especifica o método, qualificação e produzido as especificações detalhadas para iniciar a fabricação do modelo de voo. As especificações devem relacionar-se não apenas com as características do satélite, mas também com as do equipamento de solo necessário para garantir o acompanhamento do satélite na estação e para coletar os dados, bem como as características do lançador, caso este não seja impostas. O custo das instalações terrestres está longe de ser desprezível: no domínio dos satélites de telecomunicações, os custos em 1997 foram repartidos da seguinte forma: satélites (26%), lançamento (21%), instalações terrestres (15%) e serviços (38%) (aluguel de canais e transferência de dados).
No caso de um satélite científico, essas etapas são muitas vezes precedidas de uma seleção que visa escolher, entre várias propostas, o projeto ou projetos que melhor atendam aos critérios e condicionantes definidos por um comitê de seleção: contribuição científica, custo, viabilidade, risco , etc. Em termos de planejamento, a maior restrição geralmente vem do projeto da carga útil, em particular para satélites científicos. Por outro lado, o processo é simplificado quando o satélite faz parte de uma série (por exemplo Spot).
A conquistaUm número variável de modelos mais ou menos próximos do modelo final é fabricado antes do satélite operacional (modelo de voo MV) para validar as especificações: modelo estrutural e térmico (MSTH), modelo de engenharia e qualificação (MIQ) ... O modelo intermediário se ele é uma cópia fiel do modelo de vôo, pode servir como modelo substituto (MR) em caso de falha do satélite ou ser lançado para garantir a continuidade da missão ao final da vida do modelo de vôo. Devido à produção de modelos intermediários, as fases de especificação e produção se sobrepõem em parte.
Montagem, Integração e Teste (AIT)Freqüentemente, a carga útil e a plataforma são realizadas em dois locais diferentes. Um satélite compreende, portanto, uma atividade técnica essencial: o encontro dos dois módulos ( mating em inglês), dentro de um conjunto de operações de montagem , integração e teste (AIT).
Construir um satélite em um especialista industrial nesta disciplina, requer meios muito complexos, caros e muitas vezes espetaculares: salas limpas grandes, meios de elevação respeitando as condições adequadas de limpeza, racks de controle eletrônico permitindo '' abastecer o satélite e simular meios impossíveis de implementar ( simulação do sol, distúrbios de atitude de satélite, campos radioelétricos, etc.).
Os testes específicos referem-se principalmente a:
Os testes são ainda mais completos porque a manutenção em órbita não é possível, tanto por razões financeiras como técnicas. Além disso, um satélite substituto é muito caro e seu lançamento não é imediato. Os testes são realizados em modelos intermediários e possivelmente no modelo de vôo em diferentes níveis: componente (por exemplo, telescópio), subsistema (por exemplo, sistema de controle de órbita e atitude) e satélite.
A escolha de um lançador geralmente é feita pelo proprietário do satélite.
Uma ampla gama de lançadores comerciais está disponível no mercado com várias capacidades de lançamento e vários graus de confiabilidade. Uma vez que um satélite deve ser capaz de se adaptar a vários lançadores, a competitividade comercial exige, as interfaces padrão de satélite / lançador foram definidas. Assim, os satélites de telecomunicações, que representam os maiores do mercado, são geralmente compatíveis com o europeu Ariadne , o delta americano, o russo Proton e Soyuz , o chinês Longa Marcha , o ucraniano Zenith .
Também existem guerras de preços entre os operadores de lançamento, levando a diferenças às vezes apreciáveis. Por exemplo, para o lançamento de satélite (s) para a órbita de transferência geoestacionária, estes preços podem oscilar entre 13 e 18 k € / kg de satélite.
A campanha de lançamentoA campanha de lançamento do satélite inclui:
Quando a qualificação do satélite é concluída pelo fabricante, o satélite é transportado para o local de lançamento para sua instalação no lançador. A transferência ocorre pelo menos um mês antes da data de lançamento planejada para que todas as tarefas de preparação possam ser realizadas:
A latitude da base de lançamento tem um impacto significativo na órbita que pode ser alcançada por um satélite:
Por essas duas razões, as bases de lançamento localizadas perto do equador têm uma vantagem: elas têm um monopólio virtual sobre o lançamento de satélites geoestacionários e fornecem mais potência aos foguetes em comparação com um lançamento de bases espaciais localizadas em latitudes mais altas. Norte (na origem da decisão de lançar foguetes Soyuz da base espacial de Kourou ).
O lançador coloca o satélite em uma órbita inicial que depende de vários parâmetros:
O tempo de lançamento é, portanto, um fator frequentemente importante. Para alguns satélites sincronizados com o sol, a janela de lançamento é reduzida para alguns minutos por dia. Outros critérios podem ser levados em consideração, em particular a posição do sol quando o satélite começa sua órbita: isto tem efeito nos sensores que controlam o controle de orientação e na iluminação dos painéis solares.
Quando um satélite deve ser colocado em órbita ao redor de outro planeta, é necessário levar em consideração as posições relativas da Terra e do planeta alvo: por razões de custo, esses satélites são geralmente projetados para transportar uma quantidade de combustível correspondente ao configurações mais favoráveis. Eles podem aparecer apenas em intervalos de tempo remotos (cerca de oito meses a cada dois anos em março ). A programação de produção do satélite obviamente leva em consideração a janela de disparo, mas após atrasos no desenvolvimento ou problemas com o lançador, aconteceu que, tendo a janela de disparo sido perdida, o lançamento foi adiado por vários meses, se não vários anos.
Colocando em órbitaDependendo do tipo de órbita, o lançador coloca o satélite imediatamente em sua órbita final (satélites em órbita baixa) ou em uma órbita de espera ou transferência (satélite geoestacionário, etc.). O lançador após a decolagem obtém um azimute para que o vetor de velocidade chegue o mais próximo possível do plano de órbita alvo quando os motores do lançador são desligados. A carenagem é liberada assim que a pressão aerodinâmica puder ser suportada pela carga útil (entre 100 e 150 km de altitude). Quando o motor do lançador é desligado, o satélite começa sua primeira órbita: este é o ponto de injeção. Se, após uma falha parcial do lançador, a velocidade orbital não for atingida, o satélite realiza um vôo balístico e cai de volta ao solo. Se a componente vertical de sua velocidade em relação ao solo é zero no ponto de injeção, este último se funde com o perigeu da órbita, caso contrário, o perigeu está em uma altitude inferior. Sempre há pequenos desvios da órbita do alvo (as dispersões) que são corrigidos durante a configuração final.
Antes do lançamento, o lançador muda sua orientação de acordo com as necessidades do satélite. O lançador confere uma velocidade de rotação mais ou menos importante ao satélite para dar-lhe uma certa estabilidade. O satélite então se separa do lançador. O iniciador pode repetir esta operação várias vezes se for um lançamento múltiplo. O satélite liberado coloca seus painéis solares em serviço, implantando-os se necessário (às vezes, a manobra é uma fonte de falhas). Utiliza seus sensores para definir sua orientação no espaço e a corrige com a ajuda de seus motores de atitude para apontar seus painéis solares e instrumentos na direção certa.
Uma vez que o satélite tenha iniciado seu vôo orbital , várias manobras podem ser necessárias para colocar o satélite em sua órbita final. Estes são principalmente:
As modificações da forma da órbita são realizadas tanto quanto possível quando o satélite está no seu apogeu: é o ponto da órbita onde a velocidade é mais baixa e onde, portanto, as modificações a serem feitas a esta velocidade são as mais baixas e consumir o mínimo de propelente. No caso de uma órbita geoestacionária, o satélite é injetado por lançadores modernos em uma órbita fortemente elíptica cujo apogeu está localizado na altitude alvo de (36.000 km ): quando o satélite atinge seu apogeu, tem uma velocidade de cerca de 1,5 km / s . A órbita é então circularizada, transmitindo uma velocidade de 1500 m / s em uma direção tangente à órbita do alvo, graças ao motor de apogeu do satélite. Quando o satélite deve ser posicionado em uma órbita baixa, o lançador geralmente injeta o satélite diretamente na órbita do alvo e esta só precisa fazer ajustes finos em seus motores.
Verificando ao postarPara uma órbita geoestacionária, as operações de estacionamento são longas e complexas. Elas são realizadas por uma central de controle especializada com informações sobre o satélite, assim que seu lançador é separado, independente de sua posição no planeta, de uma rede de rastreamento composta por grandes antenas espalhadas por vários continentes e softwares especializados para essas manobras.
Existem poucos centros capazes de realizar essas manobras. Geralmente pertencem a agências espaciais, incluindo, para a Europa: ESA , de seu Centro Europeu de Operações Espaciais (ESOC) em Darmstadt ; e CNES (cujo centro de controle está no Centro Espacial de Toulouse (CST); mas também a alguns grandes operadores de satélite de telecomunicações, incluindo Eutelsat . Alguns fabricantes de satélites de telecomunicações - este é o caso, em particular para o Espaço Thales Alenia, que possui tal centro em Cannes - ter seu próprio centro e cuidar deste posicionamento em nome de seus clientes até que o satélite seja assumido por ele e por sua própria estação de controle satélite operacional.
A operação dos satélites é amplamente automatizada, mas certas tarefas de manutenção ou relacionadas à missão devem ser realizadas por meios localizados no solo (segmento terrestre). As principais tarefas realizadas a partir do solo são:
Os recursos terrestres incluem o centro de controle, a rede de estações terrestres e, para determinadas missões (Spot, Meteorologia, etc.), centros de coleta e processamento de dados coletados pela carga útil do satélite. O centro de controlo assegura geralmente a monitorização e controlo de vários satélites: o centro de controlo da Agência Espacial Europeia localizado em Darmstadt ( Alemanha ) é assim responsável por todos os satélites e sondas espaciais em actividade lançados pela Agência (cerca de 20 em 2006). Para comunicar com os satélites, o centro de controlo utiliza uma rede de antenas parabólicas de grande escala: a ESA tem assim a sua própria rede de estações terrestres, ESTRACK ( European Space Tracking ), distribuídas por cerca de dez locais, proporcionando boa cobertura para as órbitas mais frequentes complementado para certas missões por antenas pertencentes a outras organizações. Essas estações permitem receber parâmetros operacionais, enviar dados e instruções, receber dados transmitidos pela carga útil (fotos de satélites de observação, medições de satélites científicos) e controlar com precisão a trajetória.
Operadores de satélite de telecomunicações têm seus próprios centros de controle para monitorar seu (s) satélite (s). Esses centros às vezes são construídos pelo fabricante do satélite como parte de entregas “chave na mão”.
Monitoramento de parâmetros operacionais e correção de anomaliasO satélite mede automaticamente muitos parâmetros (tensão elétrica, temperatura, pressão nos tanques, etc.) permitindo o controle do solo para garantir que está operando corretamente. Se o valor de uma dessas telemetrias (medição remota ) sair dos intervalos previamente definidos, o controlador é alertado. Após análise do impacto e estudo das soluções, envia, se necessário e tecnicamente possível, instruções para restaurar o funcionamento do componente defeituoso ao normal ou para remediar o seu mau funcionamento: para isso, numerosos dispositivos a bordo dos satélites são duplicados ou triplicou para compensar a incapacidade de intervir no local para reparos. Algumas falhas são, no entanto, imparáveis (bloqueio dos mecanismos de implantação do painel, problema com o motor de pico, etc.). Organizações que implementam satélites que devem absolutamente garantir um serviço contínuo - satélites de telecomunicações, satélites de observação com restrições comerciais (Spot, Ikonos), satélites militares (GPS), satélites meteorológicos ... - geralmente têm pelo menos um satélite de emergência já em órbita que está ativado e posicionado em caso de falha do veículo operacional.
O controle e correções dos parâmetros da trajetóriaPara cumprir sua missão, o satélite deve seguir uma órbita e manter sua orientação, limitando os desvios a valores inferiores aos definidos para a missão. Manter o satélite estacionário, muitas vezes pilotado da central de controle, consiste em verificar e corrigir os desvios quando eles se tornam muito grandes.
O satélite está constantemente passando por distúrbios que modificam sua órbita para longe da órbita de referência. No caso de um satélite em órbita geoestacionária, sua latitude normalmente zero é modificada sob a influência da Lua e do Sol (perturbação norte-sul). As irregularidades do campo gravitacional da Terra induzem um atraso ou um avanço na trajetória nominal (perturbação leste-oeste). Uma deformação semelhante da órbita se deve à pressão da radiação solar. Desvios da órbita de referência são aceitos, desde que sejam inferiores a um décimo de grau em longitude e latitude. Se o desvio for maior, a trajetória deve ser corrigida usando a propulsão do satélite.
O centro de controle de satélite realiza essas correções depois de ter medido os desvios com precisão graças às estações terrenas e deduzido as correções a serem feitas. O operador então envia instruções ao satélite através do uplink de telecomunicações (link de controle remoto): estes acionam os motores por uma duração e um empuxo cuidadosamente calculado em locais específicos na órbita para otimizar o consumo de combustível. Em um satélite geoestacionário, as maiores correções dizem respeito à deriva norte-sul: é necessário fornecer uma velocidade cumulativa de 40 a 50 m / s por ano para corrigir esse desvio (a ser comparado ao impulso específico de 1.500 m / s necessário para transferência para a órbita geoestacionária).
A orientação do satélite também deve ser mantida com grande precisão ao longo da vida do satélite para que seus instrumentos funcionem corretamente. Em particular, os satélites de observação devem garantir o direcionamento de suas ópticas com uma precisão de cerca de 0,1 °, limitando os movimentos rotacionais maiores que 0,005 ° / s (que podem ser induzidos pelo movimento de peças mecânicas), caso contrário, obter imagens borradas ou distorcidas. O computador de bordo do satélite usa seus sensores para determinar periodicamente a orientação do satélite. Os girômetros medem as velocidades angulares em torno de cada eixo. Quando os limites de tolerância são excedidos, o computador então usa o sistema de propulsão do satélite ou executa essas correções agindo nos volantes.
Envio de instruções para a carga útilO satélite tem certa autonomia no cumprimento de sua missão. Mas alguns dos parâmetros e do disparo das operações são fornecidos ou confirmados pelo controle de solo: por exemplo, no caso de um satélite de observação comercial, o programa de tiro, que resulta em sequências precisas de disparo e monitoramento. A orientação da ótica é definido durante a missão de acordo com as necessidades expressas pelos clientes finais. As sequências de instruções correspondentes são transmitidas ao satélite periodicamente quando este está em visibilidade de uma das estações terrestres.
Coleta e processamento de dados de carga útilA carga útil do satélite coleta dados que devem ser transmitidos para o solo para centros de processamento dedicados capazes de usá-los (isso não diz respeito a satélites de telecomunicações e posicionamento, cuja missão se limita a fornecer uma função de retransmissão ou transmitir dados para terminais não marcados). Os dados são destinados ao cliente que pode ser, dependendo do tipo de missão, a empresa ou organização que encomendou o satélite (por exemplo Spot Image ou ESA) ou o cliente final (por exemplo a empresa ou organização que compra as imagens de Spot Image). Se este receber estes dados através da sua própria rede de antenas, deve possuir um descodificador que lhe permita utilizar as informações transmitidas pelo satélite. Os dados só podem ser transmitidos quando as estações terrenas estão visíveis, o que requer uma capacidade significativa de armazenamento a bordo do satélite. A arquitetura das instalações de coleta e processamento de dados pode ser complexa quando os dados são provenientes de várias redes nacionais de satélites, como é o caso dos dados meteorológicos.
O fim da vida operacional de um satélite geralmente ocorre quando a fonte de energia dos propulsores (propelentes) se esgota e a máquina não consegue mais manter sua orientação e sua órbita dentro de faixas de valores compatíveis com sua missão. Para alguns satélites científicos (telescópios infravermelhos), o fim da vida útil pode ser causado pelo esgotamento dos líquidos usados para resfriar os instrumentos de observação. Para satélites sujeitos a períodos relativamente longos de escuridão, o desligamento pode ser causado pela falha das baterias esgotadas por ciclos de carga / descarga.
Ainda acontece com freqüência que o satélite para de funcionar após uma falha de componente. Colisões com destroços produzidos pela atividade aeroespacial (outros satélites, restos de foguetes) ou com asteróides também são uma fonte de desligamento prematuro. Finalmente, as explosões solares podem danificar satélites.
As regiões nas quais os satélites operam estão agora relativamente congestionadas pelo acúmulo de satélites fora de uso e detritos espaciais. O problema tornou-se suficientemente preocupante para que regras de boa conduta surjam gradualmente em relação aos satélites em fim de vida. O IADC ( Comitê de Coordenação de Detritos Espaciais Interagências ), que reúne as principais agências espaciais, propôs em 2002 regras relativas às duas áreas mais congestionadas do espaço:
Essas medidas, se aplicadas, têm um impacto não desprezível no custo dos satélites, uma vez que o combustível destinado à mudança de órbita no final de sua vida pode representar mais de 10% da massa do satélite na forma mais desfavorável caso.
Estados Unidos | Rússia | Europa | Japão | China | Índia | Outros países | ||
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Satélites científicos | ||||||||
Geodésia | 1 | 4 | 3 | |||||
Altimetria | 1,5 | 1,5 | ||||||
Magnetismo da terra | 1 | |||||||
Observação da atmosfera superior | 6 | 4 | ||||||
Observação de meteorito | 1 | |||||||
Observação da ionosfera | 4 | 1 | 1 | |||||
Observação da magnetosfera | 4 | 3 | 4 | 2 | 2 | 3 | ||
Estudo do sol (satélites geocêntricos) | 3,5 | 1 | 0,5 | 1 | ||||
Astronomia gama | 1 | 1 | ||||||
Astronomia X | 2,5 | 1 | 2,5 | 1 | ||||
Astronomia UV | 2 | 2 | ||||||
Astronomia infravermelha | 1 | 1 | ||||||
Astronomia submilimétrica | 1 | 1 | ||||||
Radioastronomia | 1 | 1 | ||||||
Astronomia e astrometria multibanda | 1 | |||||||
Gravidade e Pesquisa Científica de Materiais |
3 | 9 | 3 | 1 | 3 | |||
Observação da terra | ||||||||
Meteorologia (sat. Geoestacionário) | 3 | 3 | 3 | 1 | 1 | 6 | ||
Meteorologia (rolagem sat.) | 5,5 | 5 | 0,5 | 2 | ||||
Sensoriamento remoto de recursos terrestres | 6,5 | 8 | 5,5 | 2 | 0,5 | 1 | ||
Satélites de telecomunicações | ||||||||
Telecomunicações (sat. Geoestacionário) | 45 | 30 | 35 | 12 | 11 | 5 | - | |
Telecomunicações (rolagem sat.) | 1 | 18 | 9 | 1 | 1 | |||
Telecomunicações (constelações) | 192 | 9 | ||||||
Satélites de navegação e localização | 26 | 47 | ||||||
Satélites militares | ||||||||
Reconhecimento | 7 | 67 | 2 | 2 | ||||
Aviso prévio | 5 | 28 | ||||||
Escuta eletrônica e vigilância oceânica | 13 | 34 | ||||||
Telecomunicações militares | 36 | 44 | 3 | |||||
Clima para forças militares | 6 | |||||||
Fonte: F. Verger, R Ghirardi, I Sourbès-Verger, X. Pasco, op. cit. , p. 155-343 |
Desde o início da era espacial, mais de 5.500 satélites artificiais foram colocados em órbita (resultados em 2007). Em 2008, foram lançados cerca de 100 satélites, 42 dos quais destinados a actividades comerciais (principalmente telecomunicações): 66 satélites com peso superior a 500 kg e 10 menos de 20 kg . Os satélites comerciais consistiam em 18 satélites geoestacionários e 23 satélites destinados à órbita baixa.
A atividade comercial teve seu pico no final da década de 1990 ligada à bolha da Internet com o estabelecimento de constelações de satélites de telecomunicações em órbita baixa (Iridium, etc.) e o lançamento de 33 satélites em órbita geoestacionária (2000). Ela caiu fortemente nos anos seguintes e está se recuperando hoje graças aos pedidos de renovação e ao crescente mercado de TV via satélite em todos os continentes.
O segmento de mini e microssatélites destinados à órbita baixa está passando por um certo desenvolvimento em detrimento do segmento superior graças à miniaturização de componentes. Os nanossatélites eram populares em 2006 (24 satélites desta classe), que diminuíram até hoje. O número de satélites geoestacionários comerciais lançados é relativamente estável, mas sua capacidade está aumentando constantemente. Eles caem em quatro classes: mais de 5,4 toneladas (5 satélites lançados em 2007), entre 4,2 e 5,4 toneladas (sete satélites), 2,5 a 4,2 toneladas (cinco satélites), menos de 2,5 toneladas (dois satélites). As autoridades americanas não previram em 2007 nenhuma mudança significativa no número de satélites comerciais para a próxima década.
Os satélites foram colocados em órbita em 2008 por cerca de 60 foguetes, incluindo 26 russos (43 satélites), 15 americanos (8 satélites), 11 chineses (12 satélites), 6 europeus (11 satélites). Quase 20 tipos de lançadores foram usados, oito dos quais eram russos. As capacidades desses lançadores são muito variáveis (de uma tonelada a mais de 20 toneladas em órbita baixa); eles são especializados: alguns são otimizados para órbita baixa como Soyuz outros para órbita geoestacionária como Ariane. Os lançadores ainda têm problemas de confiabilidade hoje: duas falhas em 2008 e quatro falhas respectivamente em 2007 e 2006.
O custo de um satélite é alto: era preciso contar de 100 a 400 milhões de dólares em 2008 para um satélite geoestacionário. No final da década de 1990, o custo unitário de cada satélite nas constelações de telecomunicações implantado em órbita baixa variava de aproximadamente $ 100 milhões (satélites Iridium 66 pesando 700 kg ) a $ 10 milhões (satélites Orbcomm 28 pesando 45 kg ). Um satélite de observação da Terra pesado de 2 t, como o Geoeye, custou US $ 200 milhões, enquanto os cinco minissatélites Rapideye de 150 kg juntos realizando o mesmo serviço custaram cerca de US $ 30 milhões cada . Os satélites militares (750 M € / peça para o satélite de observação francês Helios) e científicos (4,5 bilhões de dólares para o futuro telescópio espacial James Webb ) podem ser ainda mais caros. A este preço deve ser adicionado o custo do lançamento, que está entre $ 10.000 / kg para órbita baixa e $ 20.000 / kg para órbita geoestacionária, bem como o de instalações e apoio terrestre.
A atividade comercial do espaço (gerada principalmente por satélites de telecomunicações) representou em 2008 114 bilhões de dólares enquanto o espaço institucional, apoiado pelo orçamento público, é estimado no mesmo ano em 71 G $ . Em 2007, o orçamento espacial dos EUA (satélites civis e militares não comerciais + lançadores + voos tripulados + sondas espaciais) representou US $ 54 bilhões (0,39% do PIB ), ou 75% dos gastos globais.
Fora dos Estados Unidos, poucos estados possuem os meios tecnológicos e a vontade política para conduzir atividades espaciais significativas. Os orçamentos dedicados ao espaço são em ordem decrescente os da França ( $ 2,9 bilhões, 0,14% do PIB), Japão ( $ 2,2 bilhões, 0,05%), China (2,1 G $ , 0,06%), da Rússia (1,8 G $ , 0,11 %), da Índia (1 bilhão $ , 0,09%), da Alemanha (1, 6 G $ , 0,05%), Itália (1,3 $ G , 0,06%). As principais agências espaciais são, em ordem decrescente de orçamentos, o DOD ( Departamento de Defesa encarregado dos satélites militares americanos) $ 27 bilhões , NASA $ 16 bilhões , o National Reconnaissance Office (NRO) organização americana encarregada dos satélites de reconhecimento e d '' escuta $ 9 bilhões , a Agência Espacial Europeia (ESA) $ 4 bilhões , a NGA ( Agência Nacional de Inteligência Geoespacial responsável pela coleta de imagens de satélite em nome da defesa dos EUA) $ 2 bilhões , a agência espacial francesa ( CNES ) sobre US $ 2,9 bilhões , a agência japonesa ( JAXA ), a agência russa Roskosmos e a agência meteorológica americana ( NOAA ).
O espaço militar é dominado pelos Estados Unidos que dedicam US $ 36 bilhões a ele e que é a única nação a ter um dispositivo completo e permanente (telecomunicações militares, alerta precoce, reconhecimento, escuta telefônica, vigilância oceânica, sistema de posicionamento por satélites). A Rússia está tentando tornar seu sistema de posicionamento por satélite GLONASS mais confiável e mantém uma frota de satélites de reconhecimento e escuta, fornecendo cobertura reduzida em comparação com a era da Guerra Fria . A China ocupa o terceiro lugar: está montando um sistema nacional de posicionamento por satélite, tem satélites de reconhecimento e provou sua capacidade espacial militar destruindo um de seus satélites em 2007. Não existe uma política espacial militar europeia. Quatro países europeus investiram significativamente em espaço militar, primeiro a França, que há vários anos possui satélites de reconhecimento óptico (Helios) e telecomunicações militares (Siracusa). Para escuta telefônica e alerta precoce, apenas manifestantes foram lançados até agora. O Reino Unido concentrou seus esforços nas telecomunicações militares, enquanto a Itália e a Alemanha possuem satélites de reconhecimento por radar.
A atividade espacial representou um volume de atividade de € 50 bilhões em 2007. Grande parte deste montante é gasto em agências espaciais ou corresponde a contratos cativos de órgãos governamentais (setor espacial militar nos Estados Unidos). O mercado de satélites e serviços associados sujeitos à concorrência representou em 2007 cerca de 12,3 mil milhões de euros, repartidos em 34% para a área dos satélites comerciais, 27% para os civis europeus, 9% para os satélites militares europeus, 25% para os satélites civis fora da Europa e 4% para satélites militares fora da Europa. A repartição do volume de negócios por aplicação dá: 45% para telecomunicações, 16% para observação da Terra, 5% para navegação e localização, 10% para ciência e tecnologia, 8% para infraestruturas e transportes e 16% para outras aplicações.
Este mercado estreito, que exige habilidades avançadas e recursos de teste pesados, foi dominado em 2006 por 5 grandes jogadores, incluindo três empresas americanas e duas empresas europeias: Lockheed Martin ( € 4 bilhões neste setor), Northrop Grumman (2,6 bilhões de dólares ), Boeing ( $ 2,1 bilhões ), Thales Alenia Space ( $ 1,6 bilhões ) e satélites EADS Astrium ( $ 1,3 bilhões ). A perspectiva de crescimento da receita é estável para aplicativos comerciais e forte crescimento para aplicativos financiados por agências espaciais (observação da Terra, ciência, etc.) e defesa.
Os empreendimentos atendem a diversos objetivos:
As principais mudanças são as seguintes:
Os custos de fabricação e lançamento de um satélite são um grande obstáculo ao desenvolvimento de seu uso. A sua construção continua a ser domínio do artesanato, dada a pequena quantidade produzida a cada ano e a grande diversidade de máquinas. Além disso, os instrumentos de bordo ainda são frequentemente produzidos por universidades ou laboratórios de pesquisa. O custo de lançamento (de $ 10.000 a $ 20.000 por quilo) permanece proibitivo: nenhuma solução técnica até agora permitiu reduzir esse custo. O ônibus espacial mostrou que as economias proporcionadas por um lançador reutilizável permanecem teóricas. Dois fabricantes americanos, SpaceX e Orbital Science, parcialmente subsidiados, embarcaram na produção de novos lançadores com o objetivo de baixar significativamente o preço do quilograma colocado em órbita. Outras soluções são implementadas para reduzir o peso do satélite: miniaturização dos componentes e desenvolvimento da propulsão elétrica, citados acima, que são muito menos ávidos em propelentes.
A mudança climática induzida pela atividade humana tornou-se oficialmente uma grande preocupação desde o Protocolo de Kyoto (1997). A extensão do fenômeno é mal compreendida porque requer a modelagem das interações muito complexas entre oceanos, continentes e a atmosfera. Os satélites de observação desempenham um papel fundamental na coleta de dados usados por este trabalho de modelagem, bem como na busca por sinais de mudança. O projeto GEOSS (Sistema Global de Sistemas de Observação da Terra), que entrou em fase ativa em 2005, visa coordenar a coleta de dados fornecidos por via satélite e terrestre e sua disponibilidade em escala mundial.
Modelar e estudar o impacto das alterações climáticas estão entre os grandes objectivos do programa GMES (Global Monitoring for Environment and Security) lançado pela Agência Espacial Europeia em 2001, que é, portanto, a componente europeia do projecto GEOSS. O GMES deve permitir federar a nível europeu todos os meios existentes de observação do globo terrestre e espacial: satélites de observação nacionais e europeus, satélites meteorológicos (Eumetsat). O programa deve garantir a continuidade da coleta de dados, sua padronização e facilitar sua disponibilização. A ESA prevê lançar cinco satélites de observação (Sentinel 1 a 5) no âmbito do GMES a partir de 2011, cada um equipado com instrumentos específicos (radar, óptica, etc.).
O projeto franco-americano do trem A , que inclui seis satélites lançados entre 2002 e 2008 em formação com poucos minutos de intervalo em uma órbita sincronizada com o sol, é parte desse problema. Os 15 instrumentos de bordo deverão permitir recolher de forma coordenada numerosos dados que permitam melhorar a nossa compreensão do funcionamento do clima e aperfeiçoar os modelos numéricos de previsão.
O surgimento dos satélites artificiais deu origem a um setor comercial inicialmente centrado nas telecomunicações fixas que se desenvolveu consideravelmente graças a vários avanços tecnológicos: a generalização dos transistores, depois a miniaturização da eletrônica (anos 1960), o uso da banda Ku autorizando a recepção de pequeno porte antenas de satélite (década de 1980), a digitalização da televisão permitindo a transmissão de pacotes de canais (década de 1990). Assim, as vendas anuais atingiram 114 bilhões de dólares em 2007. O setor de astronáutica representa apenas uma pequena parte desse valor (5%), ou seja, US $ 3,8 bilhões para fabricantes de satélites e US $ 1,54 bilhão para lançadores. A maior parte da atividade é realizada a jusante por empresas de serviços (pacotes de televisão, etc.) e distribuidores de equipamentos utilizados pelos clientes finais (antenas, descodificadores , GPS ). As operadoras de telecomunicações por satélite ( faturamento de US $ 14,3 bilhões em 2007) fabricam os satélites, cujos transponders alugam para empresas de telefonia fixa, empresas (rede corporativa), operadoras de televisão por satélite, satélite (representam três quartos da atividade). Eles também podem criar serviços de valor agregado. As principais operadoras têm abrangência internacional: são a SES ( US $ 2,4 bilhões ), a Intelsat (2,2) e a Eutelsat (1,3).
Novos usos estão começando a encontrar pontos comerciais significativos:
O número de objetos artificiais colocados em órbita tem aumentado constantemente desde o início da conquista do espaço. Ao lado dos satélites em funcionamento, encontramos detritos de lançadores (estágios ou componentes inteiros), satélites desativados (cerca de 2.000 na virada do século) ou detritos de satélite. Hoje existem:
A maior parte desses detritos está localizada em uma altitude superior à dos satélites colocados em órbita baixa (detritos localizados em uma altitude inferior entram na atmosfera da Terra após alguns anos e são destruídos). Aqueles que cruzam em altitudes úteis representam uma ameaça aos satélites porque sua velocidade relativa de movimento em relação a eles (até 20 km / s ) gera energia cinética tal que fragmentos de alguns centímetros podem desativar um satélite. Assim, em 1996, um fragmento do terceiro estágio de um lançador Ariane , que explodiu em vôo dez anos antes, atingiu o microssatélite francês Cerise . Mais recentemente, a espetacular colisão entre um satélite Iridium em serviço e um satélite Cosmos fora de serviço em10 de fevereiro de 2009demonstra que o problema dos detritos espaciais deve ser levado a sério.
Quando as agências espaciais detectam um risco de colisão com destroços maiores que 10 cm, cuja trajetória é geralmente conhecida, a órbita do satélite localizado em sua trajetória é modificada pelo centro de controle para se desviar da ameaça. Assim, o CNES realizou três manobras de evasão em seus satélites em 2007. Mas a maior ameaça é constituída por detritos entre 1 cm e 10 cm de tamanho , cuja trajetória geralmente não é conhecida. O uso de blindagem (solução adotada para a Estação Espacial Internacional ) não protege completamente a espaçonave e é proibitivamente cara (10% do peso da Estação Espacial). Recomendações destinadas a reduzir o número de novos detritos produzidos são definidas pelo IADC: desorbitação de satélites em final de vida, passivação das etapas dos lançadores de satélites (para evitar que explodam, redução do número de detritos produzidos por separação ou mecanismos de implantação Mas, devido ao seu custo, atualmente só são aplicados de forma voluntária por algumas agências espaciais, incluindo o CNES.
O tratado espacial de 1967 proíbe o envio para a órbita de armas nucleares ou destruição em massa. Mas não impede o uso de satélites destinados a apoiar ou auxiliar as forças militares em terra. Hoje, as armas, como as tropas dos exércitos mais modernos, tornaram-se em parte dependentes de uma panóplia de satélites militares, em particular satélites de reconhecimento, comunicações e posicionamento. Mas nenhum satélite foi até agora dotado de capacidade ofensiva. Seguindo as posições assumidas pelos Estados Unidos, ansiosos por se defender de qualquer ataque nuclear e santificar o espaço, especialistas evocam o cenário de uma arsenalização (este é o termo consagrado) do espaço, c 'Ou seja, a instalação de armas capaz de destruir outros satélites ou alvos no solo do espaço, ou de destruir satélites do solo. A ausência de uma política de defesa europeia coordenada, em particular no domínio do espaço militar, que exige orçamentos que excedem as capacidades nacionais, coloca a Europa numa posição muito má se este cenário se concretizar. Um tratado que visa desmilitarizar completamente o espaço sideral não recebeu até agora nenhuma assinatura.
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