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Dans la lutte contre le terrorisme, la localisation, détection, et, le cas échéant, interception des communications des téléphones satellites sont des enjeux majeurs. Guère plus imposants que des téléphones classiques, les téléphones satellites utilisent comme leur nom l’indique une liaison satellitaire directe sans devoir passer par des antennes relais. C’est le cas des systèmes les plus connus comme Thuraya ou Inmarsat.

Les téléphones satellites sont utilisés par les officiels, les journalistes, les travailleurs humanitaires, mais aussi par certains terroristes, et par les passeurs de migrants. On se rappelle par exemple des attentats de Bombay en 2008 (photo ci-dessous), attentats coordonnés menés par cinq équipes de deux hommes (mode opératoire similaire aux attentats du 13 novembre 2016 à Paris). On sait maintenant que les terroristes avaient utilisé des téléphones satellites pour coordonner leurs actions et leurs attaques.

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Suivre un personnel équipé d’un téléphone satellite, détecter un groupe terroriste ou identifier et suivre une embarcation de migrants nécessitait jusqu’à maintenant l’utilisation de moyens aériens onéreux. Les industriels comme le leader Rhode & Schwarz ont ainsi développé des moyens SIGINT (SIGnal INTelligence) permettant de détecter et d’intercepter les signaux radio concernés, qu’il s’agisse de SMS, de voix ou de liaisons de données. Ces plates-formes SIGINT sont montées sur des avions ISR (Intelligence, Surveillance, Reconnaissance)  ou des hélicoptères qui survolent la zone surveillée afin d’avoir une bonne couverture radio. Au-delà de la communication elle-même, les résultats sont géolocalisés et reportés sur un système d’information géographique.

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Mais quand les territoires sont étendus comme dans la bande sahélo-saharienne, ou en mer méditerranée (avec la détection des bateaux convoyant illégalement des migrants), le coût d’une telle surveillance aéroportée est prohibitif. De plus, les flottes d’avions SIGINT – souvent la propriété de « contractors » privés comme AirAttack qui proposent des Cessna 550 Citation II  – sont limitées, et extrêmement sollicitées. Il y a donc un intérêt certain à utiliser des systèmes plus petits et plus flexibles, comme les drones. Toutefois, jusqu’à ce jour, les caractéristiques et dimensions des systèmes SIGINT étaient difficilement compatibles avec leur emport sur une plate-forme de type UAV. Une difficulté aujourd’hui surmontée par la société britannique Horizon Technologies.

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Cette société est connue pour son système FlyingFish, développée en partenariat avec le géant américain L3-Communications. Dans sa troisième génération – et sa version aéroportée –  il s’agit d’un système passif de surveillance, permettant de détecter et surveiller simultanément 64 canaux des réseaux Thuraya et IsatPhone Pro (32 canaux surveillés par réseau), avec une portée de surveillance de 400km. Les deux réseaux ne sont pas équivalents : le réseau Isat Phone Pro, en particulier, nécessite un module de décryptage permettant de récupérer la communication, et la position GPS du terminal, ce qui n’est pas le cas du réseau Thuraya. Le système FlyingFish pèse tout de même 16kg, pour des dimensions de 39,2×37,1×24 cm, ce qui le rend difficile à emporter par autre chose qu’un avion ou un hélicoptère.

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Pour pallier cet inconvénient, la société a développé XTender, un module permettant de déporter sur un drone (même un mini-drone) une antenne et un module de calcul relayant les capacités du module FlyingFish. Ce module pèse moins de 5 kg – il est complété par une antenne de moins de 500g, de la taille d’une clé USB, déployable également sur le drone. L’ensemble module/antenne dialogue avec une station FlyingFish à terre.

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L’intérêt de la technologie est également d’être duale : pas de réglementation ITAR ici, seule une licence d’exportation commerciale britannique est requise. Pour le constructeur, le système Xtender peut être utilisé sur des drones de type REAPER ou Spyranger, jusqu’à des minidrones comme les machines ISR d’AeroVironment comme le PUMA (ci-dessous).

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Enfin, la capacité du FlyingFish de pouvoir, de manière passive, surveiller deux réseaux simultanément est susceptible de contrer certains modes d’actions de groupes terroristes, qui pensent échapper à la surveillance en changeant fréquemment de réseau. Plus de 30 systèmes sont déjà déployés aujourd’hui sur des plates-formes aériennes au sein de l’OTAN – un nombre susceptible de croître considérablement grâce à l’emploi de ces mini-drones « ISR ».

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On les appelle les « colombes » (Doves en anglais) mais ce sont de drôles de volatiles. Ce sont les 88 satellites – oui, 88! – qui vont partir en orbite aujourd’hui, à bord d’une fusée de type PSLV (Polar Satellite Lauch Vehicle) décollant du centre indien Satish Dhawan Space Center.

Mettre 88 satellites dans une fusée, cela donne une idée de la taille de chaque objet : 4,7 kg seulement par satellite, chacun occupant un volume de 10x10x30 cm. Ce sont des satellites de type CubeSat, capables d’observer la Terre en multispectral avec une résolution de 3 à 5m. Chaque satellite réalise une orbite complète en 90 min, et outre des caméras d’imagerie, dispose d’une caméra stellaire pour un positionnement fin de l’image. Les concepteurs sont même allés jusqu’à décorer chaque satellite par un « artist in residence » qui a réalisé des sérigraphies laser ( !).

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Cette approche a été développée par la société privée Planet, qui n’en est pas à son coup d’essai, puisque la constellation est déjà partiellement en orbite : plus de 20 satellites Dove ont déjà été déployés, à une altitude de 400km. Regardez cette vidéo impressionnante du déploiement de 2 satellites Dove à partir de l’ISS (station spatiale internationale).

La société Planet dispose en tout de 55 micro-satellites déjà opérationnels. Mais aujourd’hui, on parle bien du déploiement de la plus grande flotte de satellites jamais effectué.

L’idée derrière la constellation des Doves est d’utiliser une ligne de satellites connectés comme un scanner pour photographier la surface de la Terre. Ils interagissent entre eux, mais également avec d’autres satellites – nous y reviendrons.

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Evidemment, outre le fait de concevoir ses propres satellites, Planet –  qui a récemment levé 183 millions de $ de capital – développe aussi ses propres logiciels : un logiciel de gestion de la flotte satellitaire automatique (ce n’est pas si évident de gérer plus de 100 satellites en orbite dans la même constellation) – voir ci-dessous:

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La société a également développé un « pipeline » de traitement, une plate-forme complète permettant  une automatisation du processus d’imagerie.

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Mais Planet ne s’arrête pas là puisqu’elle vient d’acquérir la société TerraBella (en la rachetant à Google !), une société qui opère sept satellites très complémentaires des Doves, puisque chacun dispose d’une résolution 4 à 6 fois supérieure. De quoi former un système de surveillance impressionnant.

Car tout cela, finalement, a pour objectif développer la plate-forme de surveillance automatique de la Terre la plus performante et la plus simple d’emploi jamais conçue. Son principe de fonctionnement est finalement simple. Les Doves réalisent un premier scanner, et le réactualisent à chaque orbite. Si un changement est détecté, alors l’un des satellites Terra Bella est activé et braqué sur la zone d’intérêt. Cela peut être une catastrophe naturelle, une modification des zones agricoles, mais aussi la présence de véhicules blindés ou de navires de guerre dans une zone, par exemple. Ou l’observation de l’évolution de la construction d’une piste, comme dans cette photo de l’île  Fiery Cross dans l’archipel disputé des Spratleys.

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Même si les Doves ne sont pas déployés depuis longtemps, ils peuvent analyser des changements sur des périodes plus longues, car Planet a racheté en 2015 la société BlackBridge qui détient les données d’observation issues de l’imagerie satellitaire Landsat 8 et Sentinel 2. Ces données sont combinées au sein de la même plateforme. En tout, voici les données disponibles via Planet :

  • PlanetScope: Bandes RGB et NIR (proche infrarouge) (3.7m de résolution), Constellation Dove
  • RapidEye: Bandes RGB, NIR et red edge – bordure rouge (6.5m de résolution), Constellation RapidEye
  • Sentinel-2: 13 bandes spectrales– RGB et NIR bands (10m de résolution); six bandes red edge et infrarouges à ondes courtes (20m de résolution); trois bandes de correction atmosphérique (60m de résolution)
  • Landsat 8: 11 bandes spectrales – Bande panchromatique (15m de résolution); 8 RGB, NIR, IR à ondes courtes, and correction atmosphérique (20m de résolution); 2 bandes IR thermique (100m de résolution)

Planet devient donc un opérateur très complet, capable de détecter toute modification dans une zone quelconque (ou presque) sur la Terre. Et avec un contrat adéquat, en théorie, toute organisation peut utiliser sa plate-forme pour réaliser des observations performantes.

On voit donc apparaître un opérateur privé qui devient capable de détenir des technologies jusqu’alors réservées aux états. On peut presque dire que l’imagerie satellitaire devient une technologie dite nivelante, accessible en théorie au plus grand nombre.

Car si le lancement d’aujourd’hui est un succès (le dernier lancement de 23 Doves fut un échec majeur avec l’explosion du lanceur, comme quoi il ne s’agit pas d’un sport de masse), de tels investissements montrent que Planet cible bien une offre large, destinée à un grand nombre de clients. Il conviendra donc de suivre la mise en place des garde-fous nécessaires au maintien d’un certain contrôle, dans un domaine qui demeure sensible.

 

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Décidément, la Chine accélère son développement technologique à tel point que l’on n’est plus dans une logique de rattrapage mais bien dans une logique de dépassement, comme le rappelait l’excellent David Menga lors de la conférence annuelle « Mission CES » au MEDEF (voir sur Twitter #whatsnext) organisée avec Xavier Dalloz.

Tout le monde a entendu parler des récents progrès de la Chine, notamment dans le domaine du calcul (les 2 plus puissants superordinateurs au monde sont aujourd’hui chinois, le premier ayant une puissance de plus de 90 petaflops, soit 90 millions de milliards d’opérations en virgule flottante par seconde). Mais de nouvelles et impressionnantes réalisations avec des implications concrètes dans la défense viennent d’être dévoilées. Au premier rang d’entre elles, le déploiement de ce qui apparait comme le premier satellite de cryptographie quantique au monde.

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Baptisé (suivant les traducteurs) Micius ou Mozi (un philosophe et scientifique chinois du Ve siècle avant JC), il s’agirait du premier « satellite QUESS » (Quantum Experiments at Space Scale). Traduction : c’est un satellite capable d’utiliser depuis l’espace un protocole de cryptographie quantique.

En soi, la technologie n’est pas nouvelle puisque son principe date des années 1960 La cryptographie quantique consiste en effet à utiliser les propriétés des photons à l’échelle quantique (intrication, superposition…) pour permettre un échange de clés de chiffrement de manière sécurisée. Pour ce faire, on utilise le principe de polarisation des photons. Cela consiste à être capable d’émettre une suite de photons (un par un, c’est pour cela que l’on parle de source de photons uniques) tous polarisés (donc oscillant dans une direction) de la même manière. Un modulateur électro-optique permet ensuite par l’application d’une tension choisie par l’émetteur de polariser le photon dans l’un des 4 états possibles. Je ne rentre pas ici dans le détail (on appelle cela le protocole BB84 pour Bennett & Brassard, 1984).

En gros, si le photon est polarisé parallèlement à l’angle d’orientation du filtre, le photon sera transmis sans changement (1), s’il est perpendiculaire, il sera absorbé et ne passera pas (0), et si la direction est intermédiaire, il passe ou non selon une probabilité liée au carré du cosinus de l’angle de polarisation du photon par rapport à celui du filtre (vous êtes toujours là ???). Et s’il est transmis, alors sa nouvelle polarisation correspondra à l’angle d’orientation du filtre.

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Encore une fois, je simplifie, mais cela permet (1) de générer des clés véritablement aléatoires et (2) d’être certain que si l’on intercepte le photon pour mesurer sa polarisation, on la change obligatoirement. Donc il est impossible d’intercepter le message sans le modifier (auquel cas, la tentative d’interception sera connue par le principe d’intrication quantique : deux photons peuvent être liés, si l’un est modifié, l’autre le sera également – et si ce dernier est conservé dans une « clé privée », cela permettra à coup sûr de détecter la tentative de piratage). Vous trouverez sur Internet beaucoup de sites expliquant ce principe – j’arrête là pour ne pas perdre davantage de lecteurs. Et la société (disparue aujourd’hui) SmartQuantum avait, il y a quelques années, développé de tels boîtiers de cryptage quantique en France.

Mais ici, le défi est plus complexe car ces photons doivent être émis sur de grandes distances. Plusieurs expériences ont été réalisées tant par des équipes chinoises qu’Européennes ou américaines. Ainsi en mai 2012 une expérimentation de téléportation quantique a été réalisée avec succès sur une distance de 143 km dans les îles Canaries.

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Le principe de Mozi est de tester ce procédé depuis l’espace. Ainsi, un signal Laser (source de photons) constituant une clé de cryptage quantique sera émis depuis le sol (station à Pékin), reçu et déchiffré par le satellite placé en orbite basse (500km), puis réémis vers un second site au sol distant du premier de plus de 2500km (Urumqi). Evidemment, cela nécessitera une précision redoutable afin de pouvoir réellement recevoir et déchiffrer le signal). Le satellite lui-même comporte tous les équipements nécessaires au codage, décodage, réception et émission du signal.

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Le but est de valider que cette technologie peut être utilisée de manière opérationnelle pour transmettre des messages inviolables sur une grande distance. Ce n’est pas demain qu’une telle technologie sera déployée sous forme d’un réseau (on pense que cela sera possible d’ici une quinzaine d’année).

Toutefois, cette capacité constitue une véritable rupture stratégique, rendue possible par un financement colossal dans le cadre du nouveau plan quinquennal de recherche de la Chine. La France et l’Europe ne disposent pas de telles ressources, malgré une expertise reconnue dans les mathématiques, la physique et le spatial. Alors comment anticiper et répondre à de telles ruptures capacitaires ? La question est posée et elle est sérieuse.

 

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Les satellites géostationnaires civils et militaires posent aujourd’hui de nombreux problèmes quant à leur maintenance. A 36 000 km de la Terre, il est en effet impossible d’envoyer des missions de réparation ou de mise à jour de leurs composants ; ils sont donc aujourd’hui contraints d’embarquer de nombreux systèmes redondants pour pallier d’éventuelles défaillances, et du carburant afin d’ajuster, le cas échéant, leur position. Sans mentionner l’obsolescence de la charge utile, qui est vouée à rester dans l’espace jusqu’à la fin de la vie du satellite.

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Plutôt que de multiplier les nouveaux satellites, la DARPA a lancé une nouvelle idée sous la forme d’un programme appelé Robotic Servicing of Geosynchronous Satellites (RSGS). Il consiste à développer d’ici 5 ans une approche fondée sur des technologies de robotique orbitale, afin d’aller au plus près des satellites géostationnaires afin de les inspecter, de les réparer ou de remplacer certains composants devenus obsolètes.

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Le vecteur serait un RSV (robotic servicing vehicle), financé par l’industrie, alors que le lancement et le contrôle des missions seront assurés par les services de l’Etat.

L’approche repose sur un concept de bras robotisé développé par la DARPA, et baptisé FREND pour Front-end Robotics Enabling Near-term Demonstration (comme quoi la DGA – que je salue – n’a pas le monopole des acronymes complexes). Le bras a été conçu pour opérer sur des satellites non conçus à l’origine pour recevoir des opérations de maintenance.

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 Il s’agit d’un projet développé depuis 2005, et, anecdote amusante, pour le tester, la DARPA a du développer une table à air pulsé de 4m par 6m en granit, afin de reproduire le comportement des objets flottants dans le vide (photo ci-dessous).

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Le bras FREND sera amélioré, notamment d’un point de vue logiciel, en embarquant des senseurs supplémentaires, ainsi que des capacités logicielles de vision autonome pour faciliter les opérations d’appariement et de réparation. Le système met également en œuvre une simulation physique afin de générer des plans de réparation, testés au sol avant d’être transmis au RSV.

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Le programme RSGS fera l’objet d’un appel à propositions dans les prochains mois. Cette approche de partenariat public/privé pourrait mener au lancement du premier RSV dans un horizon de 5 ans.

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L’université de Nanyang (Nanyant Technology University ou NTU) à Singapour est, pour l’avoir visitée, un creuset d’innovation, avec plus de 33 000 étudiants et un classement au 13e niveau sur l’échelle mondiale. La preuve : les chercheurs du laboratoire VIRTUS de la NTU annoncent aujourd’hui avoir développé une puce SAR (Synthetic Aperture Radar – ou radar à ouverture synthétique) qui tient… sur un doigt et qui consommerait 75% de moins que les technologies conventionnelles, pour un coût de production 20x moindre.

Pour bien comprendre l’innovation, quelques précisions. Une caméra SAR coûte aujourd’hui 1 million de $ environ, pèse jusqu’à 200 kg, et consomme 1000W par heure. Il s’agit de dispositifs volumineux (jusqu’à 2m de longueur) destinés à équiper des aéronefs ou des satellites, mais capables, même en cas de couverture nuageuse ou de végétation dense, de détecter des objets de l’ordre du mètre, en utilisant une imagerie en bande X ou bande Ku (entre 8 et 12 GHz) – un petit rappel sur les bandes de fréquence utilisées dans le graphique ci-dessous.

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Les radars actuels SAR fonctionnent très bien, mais les contraintes d’encombrement et d’alimentation en énergie limitent considérablement leur emploi, notamment quand il s’agit de drones ou de véhicules autonomes légers. C’est là que l’on comprend toute l’innovation des chercheurs de la NTU : leur caméra SAR ne mesure que 2mmx3mm (ce qui, encapsulée dans un module, mène à une dimension du dispositif de 3cmx4cmx5cm) , ne pèse que 100g et ne nécessite que l’équivalent de l’alimentation d’un téléviseur LED, soit 200W/h. Et sa résolution lui permet de détecter des objets de 50cm à 11 km de hauteur. La puce, intégrée à une carte PC, apparaît ci-dessous en rouge.

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Les applications de l’innovation réalisée par la NTU vont de l’utilisation de SAR par des drones aériens aux véhicules autonomes terrestres, en passant par le développement de satellites d’imagerie plus petits et plus compacts : de l’ordre de 100 à 200kg en comparaison des satellites classiques d’imagerie dont le poids est plus proche de la tonne (ci-dessous).

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Evidemment, les candidats acquéreurs se bousculent. La NTU et l’équipe de VIRTUS dirigée par le Pr Zheng Yuanjin a déjà reçu des manifestations d’intérêt de SpaceX, Thales ou Panasonic. D’ailleurs, la puce doit être testée dans le cadre du programme satellitaire S4TIN dirigé conjointement par la NTU et Thales Alenia Space. L’exploitation commerciale devrait quant à elle intervenir d’ici 3 à 6 ans.

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Des chercheurs chinois de l’université de technologie de Guangzhou viennent de développer un « bouclier » transparent en matériau composite, capable de bloquer les radiations UV, permettant ainsi de résoudre partiellement l’un des problèmes responsables de la dégradation de l’électronique à bord des satellites ou engins spatiaux.

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En effet, au sol, nous recevons du soleil un rayonnement composé de 5% d’UV, 39% de rayonnement visible et 56% d’infrarouge, le rayonnement ultraviolet étant bloqué en grande partie par l’atmosphère et en particulier par la couche d’ozone. Mais ce rayonnement UV (B) augmente de 10% tous les 700 mètres. À 1500 m d’altitude, le rayonnement est déjà 20% plus intense qu’au niveau de la mer. Dans l’espace, il n’est pas arrêté. Or le rayonnement UV (comme toutes les radiations cosmiques) cause des dommages importants à l’électronique des engins spatiaux allant de la génération d’anomalies de fonctionnement jusqu’à la dégradation physique des composants.

Les scientifiques chinois ont annoncé avoir créé un nouveau matériau transparent, un verre à base de CeO2 (oxyde de Cerium) possédant trois propriétés remarquables : son absorption des rayonnements UV, sa transparence, et sa capacité à ralentir la dégradation des matériaux exposés au rayonnement (en fait, sa capacité à supprimer la réaction de séparation électrons/trous pour les électrons photogénérés). Oui je sais, ça pique un peu comme phrase…En gros, on supprime une activité de photocatalyse très nuisible aux matériaux exposés.

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C’est la fabrication de ce nouveau composite qui a donné le plus de fil à retordre aux chercheurs, car il s’agit en particulier de pouvoir maîtriser une technique de nanocristallisation. Pour les irréductibles de la physique des matériaux, voir l’article complet ici (et bon courage).

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L’intérêt en l’occurrence est de pouvoir appliquer cette protection sous forme de film, sur des surfaces devant rester transparentes : panneaux solaires, optiques et capteurs, … prolongeant ainsi la durée de vie des composants spatiaux, notamment des satellites militaires. On peut également imaginer l’utiliser pour des visières de nouvelle génération, car le matériau créé a montré sa capacité à protéger des cellules vivantes contre ces mêmes radiations.

Il reste néanmoins à trouver des moyens de se protéger contre les autres types de radiations ionisantes présentes dans l’espace, le milieu le plus hostile que l’on puisse trouver.

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Avez-vous vu le film « Gravity ». Si oui, vous savez ce que c’est que le syndrome Kessler : une collision en chaîne, une réaction exponentielle entre débris orbitaux, potentiellement catastrophique. Car comme le dit Alexandre Astier dans « l’Exoconférence » (que je ne saurais trop vous conseiller, même si cela dépasse largement le cadre de ce blog) : là haut, si vous rencontrez une poussière, « CarGlass, il ne répare rien du tout » (!).

Pour donner une idée, un débris spatial voyage en moyenne à dix fois la vitesse d’une balle de fusil. Et les 500 000 débris qui orbitent autour de la Terre constituent une menace considérable pour tous les systèmes en orbite (et notamment militaires). Pour en donner une idée, en 2009, un satellite russe en panne est rentré en collision avec un satellite Iridium américain, générant plus de … 2, 000 débris de taille « notable ».

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Le problème est donc (avant de parler de débarrasser l’espace de tels débris, ce qui fera l’objet d’un autre article) d’être capable de repérer, suivre et identifier ces débris. Les militaires viennent alors à la rescousse.

En premier lieu, l’US Air Force a demandé à la société Lockheed Martin de concevoir un système capable de suivre les débris en orbite. Ainsi a vu le jour le système Space Fence : un programme fondé sur des radars au sol, capables de tracker les débris en orbite.

Ce radar utilise un nouveau circuit intégré à base de semiconducteurs de nitrure de Gallium – une nouvelle technologie permettant notamment une plus grande sensibilité, et une meilleure fiabilité. Il s’agit d’un projet d’envergure : plus de 400 radars opérants dans la bande S vont scruter le ciel à compter de 2017.

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Mais ce réseau est d’ores et déjà complété par un site australien OSSTM, opérant un réseau de capteurs optiques. Cette nouvelle installation, baptisée Optical Space Services (OSS), complètera donc le projet Space Fence de Lockheed. Il s’agira de mettre en œuvre et de fusionner des systèmes à base de capteurs laser et optiques, et surtout de proposer des services en boucle courte aux opérateurs de satellites : en prévoyant la trajectoire des débris, il s’agit de reprogrammer les manœuvres satellitaires pour éviter les collisions les plus meurtrières.

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Il convient ensuite de se débarrasser des débris en orbite ; mais cela, ce sera l’objet d’un autre article dans ce blog.