Iridium (téléphonie par satellite)

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Le système de satellites Iridium, parfois appelé simplement Iridium, est un système global de communications utilisant une constellation de satellites défilants. Il permet de communiquer sur toute la Terre entre des terminaux mobiles, terrestres ou maritimes, et des fournisseurs d'accès. Des canaux de téléphonie et de données sont disponibles, à partir de terminaux portables ou fixes. Il est actuellement utilisé principalement par les journalistes, les navigateurs, les scientifiques et leurs instruments autonomes, les organisateurs de rallyes ou d'expéditions, et les militaires.

Génèse

La conception d'un système de téléphones mobiles reposant sur une constellation de satellites de télécommunications circulant sur une orbite terrestre basse est proposée par des ingénieurs de la société Motorola fin 1989. L'objectif est de fournir un système de téléphonie mobile dans des régions non couvertes par le GSM. En effet celui-ci nécessite un réseau dense d'antennes terrestres difficilement rentable dans les régions où le nombre d'utilisateurs est faible (zones rurales, déserts, régions montagneuses) et ne permet pas d'assurer une couverture océanique. Les système de téléphonie par satellites s'appuyant sur des satellites géostationnaires ne couvrent pas les régions montagneuses et coutent très chers à déployer. A l'époque de nombreux projets de constellations en orbite basse similaires sont étudiés : la commission américaine en charge du contrôle des communications, la Federal Communications Commission, reçoit pas moins de 35 demandes d’agrément, dont seules trois seront implémentées (outre Iridium, Globalstar proposé par Loral et Orbcomm proposé par Orbital Science). Après une phase de recherche la société Iridium LLC est créée en 1991 : celle-ci se propose d'investir 7 milliards US$ pour créer l'insfrastructure terrestre et spatiale nécessaire. initialement pour fournir la téléphonie mobile sur toute la planète, en particulier dans les zones non couvertes par le GSM. Le nom "Iridium" est choisi parce que les 77 satellites prévus correspondant à la masse atomique de l'iridium.

Principes de fonctionnement

couverture assurée par la première génération des satellites Iridium.

Le système Iridium repose sur une constellation de satellites circulant à une altitude de 780 km sur une orbite quasi polaire et bouclant celle-ci en 100 minutes. Les satellites sont distribués sur 6 plans orbitaux. Chaque satellite est en liaison via des antennes orientables fonctionnant en bande Ka avec 2 satellites adjacents circulant sur le même plan orbital et deux satellites circulant sur les plans orbitaux voisins. Les flots de données circulent entre les satellites avant de rejoindre les stations au sol point d'entrée avec les correspondants. Cette disposition permet de réduire à deux le nombre de stations au sol par lesquelles transitent les communications.

Réalisation du segment sol et déploiement des satellites

En se basant sur des projections de marché qui s'avéreront trop optimistes, Iridium parvient à lever des fonds à hauteur d'environ 5 milliards d'US$ pour financer sont projet. Trois contrats sont passés pour construire le système : un premier contrat pour le segment spatial pour une somme de 3,45 milliards US$, un contrat pour la gestion et la maintenance sur une période de 5 ans (montant compris entre 1,8 et 2,89 milliards US$) et un contrat pour la réalisation des installations au sol et le développement des logiciels. La construction des satellites est confiée à Lockheed Martin qui adopte pour la première fois dans l'industrie spatiale les techniques de la construction de masse avec en période de pointe un satellite produit tous les 4,5 jours. Le lancement des satellites débute en 1997. Plusieurs types de lanceurs sont utilisés  : Proton, Proton (3 vols avec à chaque fois 7 satellites), Delta II (10 vols emportant 5 satellites), [Longue Marche 2C]] (6 vols avec 2 satellites), Rokot (1 vol 2 satellites). 72 satellites sont lancés en un peu plus d'un an ce qui constitue une cadence de lancement record. En tout 95 satellites sont lancés, le dernier l'étant le 20 juin 2002, sans aucun échec.

Historique des lancements de la première génération

Date lancement	Lanceur	Base de lancement	Identifiant Cospar	Satellite	Statut
5 mai 1997	Delta II 7920-10C	Vandenberg	1997-020A	Iridium 4, 5 ,6, 7 et 8
18 juin 1997	Proton-K bloc DM-2	Baïkonour	1997-030A	Iridium 9, 10 , 11, 12, 13, 14 et 16
9 juillet 1997	Delta II 7920-10C	Vandenberg	1997-034A	Iridium 15, 17 ,18, 20 et 21
21 aout 1997	Delta II 7920-10C	Vandenberg	1997-043A 1997-043A	Iridium 22, 23 ,24, 25 et 26
14 septembre 1997	Proton-K bloc DM-2	Baïkonour	1997-030A	Iridium 27, 28 , 29, 30, 31, 32 et 33
27 septembre 1997	Delta II 7920-10C	Vandenberg	1997-056A	Iridium 19, 34 ,35, 36 et 37
9 novembre 1997	Delta II 7920-10C	Vandenberg	1997-069D	Iridium 38,39,40,41 et 43
8 décembre 1997	Longue Marche 2C	Taiyuan	1997-077A	Iridium 42 et 44
20 décembre 1997	Delta II 7920-10C	Vandenberg	1997-082A	Iridium 45,46,47,48 et 49
18 février 1998	Delta II 7920-10C	Vandenberg	1998-010A	Iridium 50,52,53,54 et 56
25 mars 1998	Longue Marche 2C	Taiyuan	1998-018A	Iridium 51 et 61
30 mars 1998	Delta II 7920-10C	Vandenberg	11998-019A	Iridium 55,57,58,59 et 60
7 avril 1998	Proton-K bloc DM-2	Baïkonour	1998-021A	Iridium 62,63,64,65,66,67 et 68
2 mai 1998	Longue Marche 2C	Taiyuan	1998-026A	Iridium 69 et 71
17 mai 1998	Delta II 7920-10C	Vandenberg	1998-032A	Iridium 70, 72,73,74 et 75
19 aout 1998	Longue Marche 2C	Taiyuan	1998-048A	Iridium 76 et 78
8 septembre 1998	Delta II 7920-10C	Vandenberg	1998-051A	Iridium 77, 79,80, 81 et 82
6 novembre 1998	Delta II 7920-10C	Vandenberg	1998-066A	Iridium 83,84,85,86 et 87
19 décembre 1998	Longue Marche 2C	Taiyuan	1998-074A	Iridium 88 et 89
11 juin 1999	Longue Marche 2C	Taiyuan	1999-032A	Iridium 92 et 93
11 février 2002	Delta II 7920-10C	Vandenberg	2002-005A	Iridium 90,91,94,95 et 96
20 juin 2002	Rokot	Plessetsk	2002-031A	Iridium 97 et 98

Exploitation

La mise en service commence le 1^er novembre 1998 après le lancement de 78 satellites. L'étude de marché réalisée par Motorola au début des années 1990 sur une clientèle potentielle de un million d'utilisateurs provenant de secteurs spécifiques (armée, chercheurs) et des entreprises auxquels ont été ajoutés environ 5 millions de voyageurs professionnels. Pour atteindre son seuil de rentabilité, Iridium doit disposer de 500 000 à 600 000 utilisateurs. Mais la rapide extension des zones couvertes par le GSM terrestre ainsi que la création de la norme GSM par l'Europe viennent réduire la clientèle potentielle des mobiles Iridium. Le nombre de clients qui devait atteindre plus de 0,5 millions fin 1999 est largement inférieur à 100000 à cette date ce qui met rapidement la société Iridium en difficulté financière, la vente des terminaux et des abonnements ne compensant pas l'énorme coût des lancements et de l'exploitation. En 1999 la société est placée en faillite. Les pertes sont prises en charge par Motorola à hauteur de 2,2 milliards US$, le solde se répartit entre les banques, les sociétés partenaires et les actionnaires privés.

Le Pentagone hérite du système jusqu'à ce qu'une nouvelle société privée, Iridium Communications Inc. ne l'exploite à nouveau. Aujourd'hui, le système est toujours techniquement opérationnel, en particulier grâce aux applications militaires, qui utilisent la moitié de sa capacité. Mais les ventes décollent au lendemain du 11-Septembre 2001, journée durant laquelle les systèmes de communication classiques souffrent de graves défaillances, en particulier à New-York, mais ailleurs aussi en des points stratégiques des États-Unis^{[réf. à confirmer]}. En 2009, Mattheew Desch, le PDG de la société, a réussi à lever 200 M$ sur les marchés financiers devant permettre d'envisager le remplacement des satellites obsolètes par une nouvelle génération, Iridium Next.

Description générale

Constellation initiale

Maquette de satellite Iridium première génération.

Maquette de satellite Iridium première génération.

La constellation initialement prévue de 77 satellites a été réduite à 66 actifs (et des satellites de rechange en orbite et sur terre). Elle permet d'être en communication avec au moins un satellite sur toute la terre à un moment quelconque. Une particularité du système est la communication entre satellites des messages à acheminer, contrairement au système Globalstar, par exemple, ce qui permet une couverture mondiale avec un minimum de stations au sol.

Deux stations de communication et de contrôle assurent le lien avec les services terrestres. L'une d'elle située à Hawaii est dédiée entièrement aux communications militaires, l'autre sert aux communications civiles.

Iridium utilise des canaux numériques à débit fixe, et des vocodeurs à forte compression pour la transmission de parole. Une liaison téléphonique par Iridium se reconnaît à la distorsion caractéristique du vocodeur, ainsi qu'aux temps de latence dus aux relais entre satellites.

La constellation actuelle de 66 satellites est censée rester opérationnelle au moins jusqu'en 2014, mais beaucoup de satellites devraient être encore en service à l'horizon 2020. La société d'exploitation Iridium prévoit de mettre sur orbite, pour une mise en service vers 2016, une nouvelle génération de satellites avec une plus importante bande passante. Ce nouveau système sera rétrocompatible avec le système actuel.

Caractéristiques techniques des satellites

Première génération

La première génération des satellites Iridium est construite par Lockheed Martin en utilisant une plateforme spécifique, la LM-700. Le satellite a une masse de 670 kg au lancement et de 550 kg en orbite. Il est haut de 4,3 mètres avec une envergure de 7,3 mètres lorsque les panneaux solaires sont déployés. Il est stabilisé 3 axes et dispose d'un système de propulsion à ergols liquides utilisant de l'hydrazine. Deux panneaux solaires avec un degré de liberté fournissent 1200 watts en fin de vie. Les communications avec les mobiles au sol se font en bande L avec un débit de 4,8 kilobits/seconde pour la voix et de 2,4 kb/s pour les données. La liaison avec les mobiles est assurée par 48 antennes réseau à commande de phase réparties sur 3 panneaux inclinés par rapport à l'axe du satellite. Le faisceau de chaque antenne couvre une surface au sol de 600 km de diamètre et permet de gérer 80 liaisons individuelles. Les liaisons entre satellites adjacents sont réalisées en bande Ka par le biais de 3 antennes. Le satellite est conçu pour une durée de vie de 8 ans .

Les antennes particulièrement réfléchissantes de ces satellites provoquent de brefs phénomènes lumineux visibles depuis la surface de la terre, appelés Flash Iridium.

Deuxième génération génération ; les satellites Iridium Nex

En 2007 la société Iridium Satellite LLC annonce qu'elle va passer commande d'une nouvelle génération de satellites baptisés Iridium NEXT pour remplacer la constellation déployée entre 1997 et 2002 qui a largement dépassé la durée de vie prévue (8 ans). 81 satellites satellites sont commandés à la société Thales Alenia Space : 66 pour former la nouvelle constellation, 6 satellites de rechange en orbite et 6 satellites prêts à être lancés et stockés au sol. Les satellites ont une masse d'environ 860 kg ont une durée de vie prévue de 15 ans soit le double de la génération précédente. Chaque satellite peut emporter une charge utile secondaire de 50 kg. Cette dernière peut être fournie par des instituts de recherches ou des agences gouvernementales. Les autres caractéristiques des satellites et leurs orbites sont proches de celles de la première génération. La constellation doit être déployée à compter de 2016 en 2 à 3 ans. Le lancement est assuré essentiellement par des fusées Falcon 9.

Terminaux

Terminal Motorola

Plusieurs types de terminaux sont commercialisés, les plus simples ressemblent à un téléphone portable "lourd", d'autres à une valise avec PC pour l'accès à internet bas débit.

Usage maritime

Utilisation d'un téléphone Iridium en Antarctique

Des terminaux Iridium de coût similaire à une BLU marine, et des prestataires de service dédiés aux navigateurs, en particulier phonie et accès internet bas débit, en font aujourd'hui une alternative à Inmarsat. Un avantage d'Iridium est la couverture des zones polaires, impossible à partir d'un système utilisant des satellites géostationnaires comme Inmarsat.

Collision de l'Iridium-33 et Cosmos-2251 (2009)

Le 10 février 2009 à 16 heures 55 (UT), à 800 km au-dessus de la Sibérie, le satellite Iridium-33 est entré en collision avec le satellite russe Cosmos-2251, générant de nombreux débris spatiaux .

Pourtant, la probabilité d'une telle rencontre brutale est extrêmement faible d'après les spécialistes de Thales Alenia Space, premier constructeur européen de satellites.

Notes et références

Bibliographie

• (en) Stojce Dimov Ilcev, Global Mobile Satellite Communications For Maritime, Land and Aeronautical Applications, Springer, 2005 (ISBN 978-1-4020-2784-0)
• (en) Engineering Systems Learning Center (ESLC)Massachusetts Institute of Technology, « Communications Satellite Constellations : Technical Success and Economic Failure” », MIT,‎ 2003 (lire en ligne)
• (en) F. Long, « Satellite Network Robust QoS-aware Routing Chapter 2 Satellite Network Constellation Design », National Defense Industry Press, Beijing and Springer-Verlag Berlin Heidelberg,‎ 2014 (DOI 10.1007/978-3-642-54353-1_2, lire en ligne)
• (en) Lloyd Wood, Internetworking and Computing over Satellite Networks SATELLITE CONSTELLATION NETWORKS The path from orbital geometry through network topology to autonomous systems, Kluwer Academic Publishers, 2003, 284 p. (ISBN 978-1402074240, lire en ligne)

Annexes

Articles connexes

• Téléphonie par satellite
• Iridium Next (satellite)
• Constellation de satellites
• Thuraya
• Globalstar
• Inmarsat

Liens externes

• (en) Site officiel

• (en) Spécifications des satellites Iridium Next sur le site de l'Agence spatiale européenne EO Portal
• (en) Manuel d'utilisation du vocodeur Motorola 9500 (PDF)

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