Article

1 - ARCHITECTURE D’UNE LIAISON OPTIQUE

2 - ACQUISITION ET POINTAGE

3 - APPLICATIONS

4 - CONCLUSION

Article de référence | Réf : E4210 v2

Systèmes de liaisons spatiales par lasers

Auteur(s) : Georges OTRIO

Date de publication : 10 févr. 2001

Pour explorer cet article
Télécharger l'extrait gratuit

Vous êtes déjà abonné ?Connectez-vous !

Sommaire

Présentation

Auteur(s)

  • Georges OTRIO : Responsable du département Optique,Centre national d’études spatiales (CNES)

Lire cet article issu d'une ressource documentaire complète, actualisée et validée par des comités scientifiques.

Lire l’article

INTRODUCTION

Dans le domaine spatial, on peut considérer que l’optique est en situation de concurrencer les liaisons radiofréquences dans plusieurs domaines d’application.

En premier, les immenses besoins en hauts débits (missions de télédétection spatiale : observation ou imagerie spectrale à haute résolution, arrivée du multimédia, développement des liaisons téléphoniques portables, télévision numérique à haute définition...), seront satisfaits par des réseaux de satellites en orbite basse (LEO, « low earth orbiting ») et communiquant entre eux par des liaisons optiques à très hauts débits (supérieurs à plusieurs gigabits par seconde) et vers le sol par voie radiofréquence.

Ensuite, d’autres échanges peuvent être nécessaires entre les orbites basses (LEO) et géostationnaire (GEO, « geostationnary earth orbiting »). C’est le cas de la liaison Silex (LEO) embarquée sur le satellite Spot 4 (lancé en 1998) et devant communiquer avec le futur satellite Artémis (GEO) dont le lancement est prévu en 2001.

Enfin, la grande directivité du faisceau laser (grand gain d’antenne) sera mise à profit pour des liaisons lointaines : sondes orbitant autour des planètes du système solaire et liées avec la Terre (ou un satellite géostationnaire qui joue un rôle de relais). Des études importantes sont engagées dans ce domaine par la NASA (Jet Propulsion Laboratory).

D’autres applications sont encore envisageables : liaisons intrasatellites, transmission de signaux d’horloges (synchronisation), positionnement précis de bras d’interféromètres, communications directes avec le sol très localisées. Il s’agit dans tous ces cas, d’utiliser un faisceau laser très bien stabilisé (en position angulaire ou en fréquence).

Pour ces missions, au débit de plus en plus élevé, les radiofréquences actuelles (Ku ou Ka , de 11 à 30 GHz), vont poser des problèmes : pour assurer un gain suffisant, les diamètres des antennes devront atteindre de très grandes dimensions, d’où un encombrement important, des difficultés d’implantation sur un satellite et des perturbations dynamiques qui conduiront à des défauts de stabilisation lors de la manœuvre de ces antennes.

On a donc recours aux fréquences optiques, correspondant à des longueurs d’onde de l’ordre de 1 µm. Leur intérêt découle de la très haute fréquence de la porteuse : le faisceau lumineux émis par le laser et collimaté par une antenne est d’autant plus directif que la fréquence optique est élevée (ou la longueur d’onde petite). Le diamètre d de la zone éclairée par un faisceau laser, à la longueur d’onde λ, collimaté par une lentille de diamètre D, à la distance L, et correspondant au premier lobe de diffraction, est donné par la relation d = 2,44 λL/D (cas simplifié d’une pupille uniformément éclairée).

Sur la figure 1, le satellite en orbite basse (LEO) envoie un rayonnement vers le satellite en orbite géostationnaire (GEO). La diffraction élargit la zone éclairée. Le tableau 1 donne la dimension des taches en optique et en radiofréquence (bande Ka) à une distance L de 45 000 km.

À puissance émise constante, l’éclairement est proportionnel à 1/ λ2. Pour un signal de détection correspondant à un rapport signal sur bruit donné, on peut réduire les diamètres des antennes de réception dans le rapport 1/ λ2, ce qui permet de diminuer l’inertie des pièces en mouvement. Le contrôle d’attitude du satellite s’en trouve donc simplifié.

Par contre, un très grand gain d’antenne nécessite un pointage très précis, de l’ordre du microradian (le lobe de diffraction d’une antenne de 250 mm de diamètre à la longueur d’onde de 0,85 µm est de ± 4,15 µrad ; l’ordre de grandeur de la stabilité du faisceau est du dixième de cette valeur). Une petite erreur de visée, due à un mésalignement ou à un défaut de stabilité du satellite, conduit à une chute d’éclairement. Il faut donc asservir les positions angulaires des deux terminaux à mieux que cette valeur.

Cet article est réservé aux abonnés.
Il vous reste 92% à découvrir.

Pour explorer cet article
Téléchargez l'extrait gratuit

Vous êtes déjà abonné ?Connectez-vous !


L'expertise technique et scientifique de référence

La plus importante ressource documentaire technique et scientifique en langue française, avec + de 1 200 auteurs et 100 conseillers scientifiques.
+ de 10 000 articles et 1 000 fiches pratiques opérationnelles, + de 800 articles nouveaux ou mis à jours chaque année.
De la conception au prototypage, jusqu'à l'industrialisation, la référence pour sécuriser le développement de vos projets industriels.

VERSIONS

Il existe d'autres versions de cet article :

DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v2-e4210


Cet article fait partie de l’offre

Optique Photonique

(218 articles en ce moment)

Cette offre vous donne accès à :

Une base complète d’articles

Actualisée et enrichie d’articles validés par nos comités scientifiques

Des services

Un ensemble d'outils exclusifs en complément des ressources

Un Parcours Pratique

Opérationnel et didactique, pour garantir l'acquisition des compétences transverses

Doc & Quiz

Des articles interactifs avec des quiz, pour une lecture constructive

ABONNEZ-VOUS

Cet article est réservé aux abonnés.
Il vous reste 95% à découvrir.

Pour explorer cet article
Téléchargez l'extrait gratuit

Vous êtes déjà abonné ?Connectez-vous !


L'expertise technique et scientifique de référence

La plus importante ressource documentaire technique et scientifique en langue française, avec + de 1 200 auteurs et 100 conseillers scientifiques.
+ de 10 000 articles et 1 000 fiches pratiques opérationnelles, + de 800 articles nouveaux ou mis à jours chaque année.
De la conception au prototypage, jusqu'à l'industrialisation, la référence pour sécuriser le développement de vos projets industriels.

Cet article fait partie de l’offre

Optique Photonique

(218 articles en ce moment)

Cette offre vous donne accès à :

Une base complète d’articles

Actualisée et enrichie d’articles validés par nos comités scientifiques

Des services

Un ensemble d'outils exclusifs en complément des ressources

Un Parcours Pratique

Opérationnel et didactique, pour garantir l'acquisition des compétences transverses

Doc & Quiz

Des articles interactifs avec des quiz, pour une lecture constructive

ABONNEZ-VOUS

Sommaire
Sommaire

BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - BEGLEY (D.L.) -   Selected papers on free-space laser communications II.  -  SPIE Milstone Serie MS 100 (1994).

  • (2) - KAMERMAN (G.W.) -   Laser radar.  -  SPIE Milstone Serie MS 133 (1997).

  • (3) - MECHERLÉ (G.S.) -   Free space laser communication technologies XI.  -  Proceeding of SPIE, vol. 3615 (1999).

  • (4) - MASTEN (M.K.) -   Acquisition, tracking and pointing XIII.  -  Proceeding of SPIE, vol. 3692 (1999).

  • (5) - GALERNEAU (P.) -   Laser diodes and applications.  -  Proceeding of SPIE, vol. 3415 (1998).

  • (6) - KATZMAN (M.) -   Laser satellite Communications.  -  Prentice-Hall, London (1987).

  • (7) - OKOSHI...

1 Organismes

Centre national d’études spatiales CNES

www.cnes.fr

Agence spatiale européenne / European Space Agency ASE/ESA

www.esa.int

National Aeronautics and Space Administration NASA

www.nasa.gov

HAUT DE PAGE

2 Maître d’œuvre

Matra Marconi Space

https://space.skyrocket.de/doc_sat/astrium_leostar.htm

HAUT DE PAGE

Cet article est réservé aux abonnés.
Il vous reste 95% à découvrir.

Pour explorer cet article
Téléchargez l'extrait gratuit

Vous êtes déjà abonné ?Connectez-vous !


L'expertise technique et scientifique de référence

La plus importante ressource documentaire technique et scientifique en langue française, avec + de 1 200 auteurs et 100 conseillers scientifiques.
+ de 10 000 articles et 1 000 fiches pratiques opérationnelles, + de 800 articles nouveaux ou mis à jours chaque année.
De la conception au prototypage, jusqu'à l'industrialisation, la référence pour sécuriser le développement de vos projets industriels.

Cet article fait partie de l’offre

Optique Photonique

(218 articles en ce moment)

Cette offre vous donne accès à :

Une base complète d’articles

Actualisée et enrichie d’articles validés par nos comités scientifiques

Des services

Un ensemble d'outils exclusifs en complément des ressources

Un Parcours Pratique

Opérationnel et didactique, pour garantir l'acquisition des compétences transverses

Doc & Quiz

Des articles interactifs avec des quiz, pour une lecture constructive

ABONNEZ-VOUS