Village mondial possible

par David J. Whalen

Dans 500 ans, lorsque l’humanité se penchera sur l’aube des voyages spatiaux, l’atterrissage d’Apollo sur la Lune en 1969 sera peut-être le seul événement dont on se souviendra. Pourtant, à la même époque, Lyndon B. Johnson, lui-même fervent promoteur du programme spatial, estimait que les satellites de reconnaissance justifiaient à eux seuls chaque centime dépensé dans l’espace. Les prévisions météorologiques ont connu une révolution grâce à la disponibilité des images des satellites météorologiques géostationnaires – des images que nous voyons tous les jours à la télévision. Tous ces aspects sont importants pour l’ère spatiale, mais les communications par satellite ont probablement eu plus d’effet que tous les autres sur le citoyen moyen. Les communications par satellite sont également la seule technologie spatiale véritablement commerciale- -générant des milliards de dollars par an en ventes de produits et de services.

La technologie des milliards de dollars

À l’automne 1945, un officier d’électronique de la RAF et membre de la British Interplanetary Society, Arthur C. Clarke, a écrit un court article dans Wireless World qui décrivait l’utilisation de satellites habités en orbite de 24 heures au-dessus des masses terrestres du monde pour distribuer des programmes de télévision. Son article n’a apparemment pas eu d’effet durable, même si Clarke a repris l’histoire dans son ouvrage The Exploration of Space (1951/52). La première personne à évaluer soigneusement les diverses options techniques des communications par satellite et à en évaluer les perspectives financières fut sans doute John R. Pierce des Bell Telephone Laboratories d’AT&T qui, dans un discours de 1954 et dans un article de 1955, exposa l’utilité d’un « miroir » de communications dans l’espace, d’un « répéteur » en orbite moyenne et d’un « répéteur » en orbite 24 heures sur 24. En comparant la capacité de communication d’un satellite, qu’il estimait à 1 000 appels téléphoniques simultanés, et la capacité de communication du premier câble téléphonique transatlantique (TAT-1), qui pouvait transporter 36 appels téléphoniques simultanés pour un coût de 30 à 50 millions de dollars, Pierce se demandait si un satellite vaudrait un milliard de dollars.

Après le lancement de Spoutnik I en 1957, beaucoup ont considéré les avantages, les profits et le prestige associés aux communications par satellite. En raison des craintes de « duplication » du Congrès, la NASA s’est limitée à des expériences avec des satellites de communication « miroirs » ou « passifs » (ECHO), tandis que le ministère de la Défense était responsable des satellites « répéteurs » ou « actifs » qui amplifient le signal reçu au niveau du satellite – fournissant des communications de bien meilleure qualité. En 1960, AT&T a demandé à la Commission fédérale des communications (FCC) la permission de lancer un satellite de communication expérimental en vue de mettre rapidement en place un système opérationnel. Le gouvernement américain a réagi avec surprise : il n’y avait aucune politique en place pour aider à exécuter les nombreuses décisions liées à la proposition d’AT&T. Au milieu de l’année 1961, la NASA avait attribué un contrat concurrentiel à RCA pour la construction d’un satellite de communication active à orbite moyenne (4 000 milles) (RELAY) ; AT&T construisait son propre satellite à orbite moyenne (TELSTAR) que la NASA lancerait sur une base de remboursement des coûts ; et la NASA avait attribué un contrat à fournisseur unique à Hughes Aircraft Company pour la construction d’un satellite fonctionnant 24 heures sur 24 (20 000 milles) (SYNCOM). Le programme militaire, ADVENT, a été annulé un an plus tard en raison de la complexité de l’engin spatial, du retard dans la disponibilité du lanceur et des dépassements de coûts.

En 1964, deux TELSTAR, deux RELAY et deux SYNCOM avaient fonctionné avec succès dans l’espace. Le moment était bien choisi car la Communications Satellite Corporation (COMSAT), créée à la suite du Communications Satellite Act de 1962, était en train de passer un contrat pour son premier satellite. La capitalisation initiale de COMSAT de 200 millions de dollars était considérée comme suffisante pour construire un système de dizaines de satellites à orbite moyenne. Pour diverses raisons, dont les coûts, COMSAT a finalement choisi de rejeter l’offre conjointe AT&T/RCA d’un satellite à orbite moyenne incorporant le meilleur de TELSTAR et RELAY. Elle a choisi le satellite à orbite de 24 heures (géosynchrone) offert par Hughes Aircraft Company pour ses deux premiers systèmes et un satellite géosynchrone TRW pour son troisième système. Le 6 avril 1965, le premier satellite de COMSAT, EARLY BIRD, est lancé de Cap Canaveral. Les communications mondiales par satellite avaient commencé.

Le village global : Communications internationales

Certains aperçus du village global avaient déjà été fournis lors d’expériences avec TELSTAR, RELAY et SYNCOM. Ces expériences avaient notamment permis de téléviser certaines parties des Jeux olympiques de Tokyo en 1964. Bien que COMSAT, les véhicules de lancement et les satellites initiaux soient américains, d’autres pays ont été impliqués dès le début. AT&T avait initialement négocié avec ses « partenaires » européens du câble téléphonique la construction de stations terrestres pour l’expérimentation TELSTAR. La NASA a élargi ces négociations pour inclure les expériences RELAY et SYNCOM. Au moment du lancement de EARLY BIRD, des stations terrestres de communication existaient déjà au Royaume-Uni, en France, en Allemagne, en Italie, au Brésil et au Japon. D’autres négociations en 1963 et 1964 ont abouti à la création d’une nouvelle organisation internationale, qui devait finalement assumer la propriété des satellites et la responsabilité de la gestion du système mondial. Le 20 août 1964, des accords ont été signés qui ont créé l’Organisation internationale des satellites de télécommunications (INTELSAT).

À la fin de 1965, EARLY BIRD avait fourni 150 « demi-circuits » téléphoniques et 80 heures de service de télévision. La série INTELSAT II était une version légèrement plus performante et plus durable d’EARLY BIRD. Une grande partie des premières utilisations du système COMSAT/INTELSAT a consisté à fournir des circuits au réseau de communication de la NASA (NASCOM). La série INTELSAT III a été la première à assurer la couverture de l’océan Indien pour compléter le réseau mondial. Cette couverture fut achevée quelques jours seulement avant qu’un demi-milliard de personnes ne regardent APOLLO 11 se poser sur la lune le 20 juillet 1969.

De quelques centaines de circuits téléphoniques et d’une poignée de membres en 1965, INTELSAT est devenu le système actuel qui compte plus de membres que les Nations Unies et peut fournir des centaines de milliers de circuits téléphoniques. Le coût par circuit pour les opérateurs est passé de près de 100 000 dollars à quelques milliers de dollars. Le coût pour les consommateurs est passé de plus de 10 $ par minute à moins de 1 $ par minute. Si l’on tient compte des effets de l’inflation, il s’agit d’une baisse considérable ! INTELSAT fournit des services au monde entier, pas seulement aux nations industrialisées.

Allô Guam : Communications domestiques

En 1965, ABC a proposé un système de satellites domestiques pour distribuer les signaux de télévision. La proposition a sombré dans l’oubli temporaire, mais en 1972, TELESAT CANADA a lancé le premier satellite de communication domestique, ANIK, pour desservir la vaste zone continentale canadienne. RCA a rapidement loué des circuits sur le satellite canadien jusqu’à ce qu’elle puisse lancer son propre satellite. Le premier satellite de communication domestique américain était WESTAR I de Western Union, lancé le 13 avril 1974. En décembre de l’année suivante, RCA a lancé son RCA SATCOM F- 1. Au début de 1976, AT&T et COMSAT ont lancé le premier de la série COMSTAR. Ces satellites étaient utilisés pour la voix et les données, mais très rapidement la télévision est devenue un utilisateur majeur. À la fin de 1976, 120 répéteurs étaient disponibles au-dessus des États-Unis, chacun étant capable de fournir 1500 canaux téléphoniques ou une chaîne de télévision. Très rapidement, les « chaînes cinéma » et les « super stations » étaient accessibles à la plupart des Américains. La croissance spectaculaire de la télévision par câble n’aurait pas été possible sans une méthode peu coûteuse de distribution de la vidéo.

Les deux décennies qui ont suivi ont connu quelques changements : Western Union n’est plus ; Hughes est maintenant un opérateur de satellite ainsi qu’un fabricant ; AT&T est toujours un opérateur de satellite, mais n’est plus en partenariat avec COMSAT ; GTE, qui faisait initialement équipe avec Hughes au début des années 1960 pour construire et exploiter un système mondial est maintenant un important opérateur de satellite national. La télévision domine toujours les communications par satellite nationales, mais les données ont connu une croissance considérable avec l’arrivée des terminaux à très petite ouverture (VSAT). Les petites antennes, qu’elles soient de type TV-Receive Only (TVRO) ou VSAT, sont monnaie courante dans tout le pays.

Nouvelles technologies

Le premier grand projet de satellite géosynchrone était le satellite de communication ADVENT du ministère de la Défense. Il était stabilisé sur trois axes plutôt que de tourner. Il avait une antenne qui dirigeait son énergie radio vers la terre. Il était plutôt sophistiqué et lourd. Avec ses 500 à 1000 livres, il ne pouvait être lancé que par le véhicule de lancement ATLAS-CENTAUR. ADVENT n’a jamais volé, principalement parce que l’étage CENTAUR n’était pas totalement fiable avant 1968, mais aussi en raison de problèmes avec le satellite. Lorsque le programme a été annulé en 1962, il a été considéré comme le glas des satellites géosynchrones, de la stabilisation à trois axes, de l’ATLAS-CENTAUR et des satellites de communication complexes en général. Les satellites géosynchrones sont devenus une réalité en 1963, et sont devenus le seul choix en 1965. Les autres caractéristiques d’ADVENT sont également devenues courantes dans les années qui ont suivi.

Au début des années 1960, des missiles balistiques intercontinentaux (ICBM) convertis et des missiles balistiques à portée intermédiaire (IRBM) ont été utilisés comme véhicules de lancement. Ils avaient tous un problème commun : ils étaient conçus pour livrer un objet à la surface de la terre, et non pour placer un objet en orbite. Les étages supérieurs devaient être conçus pour fournir un delta-Vee (changement de vitesse) à l’apogée afin de circulariser l’orbite. Les lanceurs DELTA, qui ont placé tous les premiers satellites de communication en orbite, étaient des IRBM THOR qui utilisaient l’étage supérieur VANGUARD pour fournir ce delta-Vee. Il a été reconnu que le DELTA était relativement petit et un projet visant à développer CENTAUR, un étage supérieur à haute énergie pour l’ICBM ATLAS, a été lancé. ATLAS-CENTAUR est devenu fiable en 1968 et la quatrième génération de satellites INTELSAT a utilisé ce véhicule de lancement. La cinquième génération a utilisé ATLAS-CENTAUR et un nouveau véhicule de lancement, l’ARIANE européen. Depuis lors, d’autres lanceurs, dont le lanceur russe PROTON et le chinois LONG MARCH, sont entrés sur le marché. Tous sont capables de lancer des satellites presque trente fois plus lourds que EARLY BIRD.

Au milieu des années 1970, plusieurs satellites ont été construits en utilisant la stabilisation à trois axes. Ils étaient plus complexes que les spinners, mais ils offraient plus de surface despun pour monter des antennes et ils permettaient de déployer de très grands panneaux solaires. Plus la masse et la puissance sont importantes, plus l’avantage de la stabilisation sur trois axes semble être grand. L’indication la plus sûre du succès de cette forme de stabilisation a peut-être été le passage de Hughes, étroitement identifié aux satellites tournants, à cette forme de stabilisation au début des années 1990. Les derniers produits des fabricants de SYNCOM ressemblent beaucoup à la conception ADVENT discréditée de la fin des années 1950.

Une grande partie de la technologie des satellites de communication existait en 1960, mais serait améliorée avec le temps. Le composant de communication de base du satellite était le tube à ondes progressives (TWT). Ces tubes avaient été inventés en Angleterre par Rudoph Kompfner, mais ils avaient été perfectionnés aux Bell Labs par Kompfner et J. R. Pierce. Les trois premiers satellites utilisaient des TOP construits par un ancien des Bell Labs. Ces premiers tubes avaient des puissances de sortie aussi faibles que 1 watt. Des TOP de plus forte puissance (50 à 300 watts) sont aujourd’hui disponibles pour les services par satellite standard et pour les applications de diffusion directe. L’utilisation d’antennes à haut gain a constitué une amélioration encore plus importante. Concentrer l’énergie d’un émetteur de 1 watt sur la surface de la terre équivaut à avoir un émetteur de 100 watts rayonnant dans toutes les directions. Concentrer cette énergie sur l’Est des États-Unis équivaut à avoir un émetteur de 1000 watts rayonnant dans toutes les directions. Le principal effet de cette augmentation de la puissance réelle et effective est que les stations terrestres ne sont plus des réflecteurs paraboliques de 100 pieds avec des amplificateurs maser refroidis par cryogénie dont le coût de construction pouvait atteindre 10 millions de dollars (en 1960). Les antennes pour les services par satellite normaux sont généralement des réflecteurs paraboliques de 15 pieds coûtant 30 000 $ (dollars de 1990). Les antennes de diffusion directe n’auront qu’un pied de diamètre et coûteront quelques centaines de dollars.

Services mobiles

En février 1976, COMSAT a lancé un nouveau type de satellite, MARISAT, pour fournir des services mobiles à la marine américaine et à d’autres clients maritimes. Au début des années 1980, les Européens ont lancé la série MARECS pour fournir les mêmes services. En 1979, l’Organisation maritime internationale des Nations unies a parrainé la création de l’Organisation internationale de satellites maritimes (INMARSAT), d’une manière similaire à INTELSAT. Au départ, INMARSAT louait les transpondeurs des satellites MARISAT et MARECS, mais en octobre 1990, elle a lancé le premier de ses propres satellites, INMARSAT II F-1. La troisième génération, INMARSAT III, a déjà été lancée.

Un satellite aéronautique a été proposé au milieu des années 1970. Un contrat a été attribué à General Electric pour construire le satellite, mais il a été annulé–INMARSAT fournit maintenant ce service. Bien qu’INMARSAT ait été conçu à l’origine comme un moyen de fournir un service téléphonique et des services de surveillance du trafic sur les navires en mer, il a apporté bien plus. Le journaliste avec un téléphone de mallette est omniprésent depuis un certain temps, mais la guerre du Golfe a fait connaître cette technologie au grand public.

Les États-Unis et le Canada ont discuté pendant un certain temps d’un satellite mobile nord-américain. Au cours de l’année prochaine, le premier satellite MSAT, dans lequel l’AMSC (États-Unis) et TMI (Canada) coopèrent, sera lancé fournissant un service de téléphonie mobile par satellite à toute l’Amérique du Nord.

Concurrence

En 1965, lors du lancement d’EARLY BIRD, le satellite offrait une capacité presque 10 fois supérieure à celle des câbles téléphoniques sous-marins pour un prix presque 1/10e. Ce différentiel de prix a été maintenu jusqu’à la pose de TAT-8 à la fin des années 1980. TAT-8 était le premier câble à fibre optique posé à travers l’Atlantique. Les satellites sont toujours compétitifs par rapport au câble pour les communications point à point, mais l’avantage futur pourrait résider dans le câble à fibre optique. Les satellites conservent deux avantages par rapport au câble : ils sont plus fiables et ils peuvent être utilisés point à multipoint (diffusion).

Les systèmes de téléphonie cellulaire se sont élevés comme des défis à tous les autres types de téléphonie. Il est possible de placer un système cellulaire dans un pays en développement à un prix très raisonnable. Les appels longue distance nécessitent une autre technologie, mais il peut s’agir de satellites ou de câbles à fibres optiques.

Les systèmes LEO

La téléphonie cellulaire nous a apporté un nouveau « système » technologique — le système de communication personnel (PCS). Dans le PCS pleinement développé, l’individu porterait son téléphone sur lui. Ce téléphone pourrait être utilisé pour la voix ou les données et serait utilisable partout. Plusieurs sociétés se sont engagées à fournir une version de ce système en utilisant des satellites en orbite terrestre basse (LEO). Ces orbites sont nettement plus basses que les orbites TELSTAR/RELAY du début des années 1960. Les premiers satellites « à orbite basse » étaient placés sur des orbites elliptiques qui les faisaient passer par la ceinture de radiation inférieure de Van Allen. Les nouveaux systèmes seront sur des orbites à environ 500 miles, en dessous de la ceinture.

Le plus ambitieux de ces systèmes LEO est Iridium, sponsorisé par Motorola. Iridium prévoit de lancer 66 satellites en orbite polaire à des altitudes d’environ 400 miles. Chacun des six plans orbitaux, séparés de 30 degrés autour de l’équateur, contiendra onze satellites. À l’origine, Iridium prévoyait d’avoir 77 satellites, d’où son nom. L’élément 66 porte le nom moins agréable de Dysprosium. Iridium prévoit de fournir des services de communication aux téléphones portables en 1998. Le coût total du système Iridium dépasse largement les trois milliards de dollars.

En plus des « Big LEOS » comme Iridium et Globalstar, il existe plusieurs « little leos ». Ces sociétés prévoient d’offrir des services plus limités, généralement des données et de la radiorepérage. Le cas typique est celui d’ORBCOM qui a déjà lancé un satellite expérimental et prévoit d’offrir un service limité dans un avenir très proche.

Prospective et rétrospective

La vision d’Arthur C. Clarke en 1945 était celle d’un système de trois satellites « habités » situés au-dessus des principales masses terrestres de la terre et fournissant une télévision à diffusion directe. La nature inhérente à la « diffusion » des communications par satellite a fait de la diffusion directe un thème récurrent, mais qui n’a jamais été concrétisé. Les problèmes ne sont pas techniques, ils sont politiques, sociaux et artistiques. Pour quoi les gens seront-ils prêts à payer ? Telle est la question, surtout avec la disponibilité de systèmes de câblodistribution à 120 canaux. Hughes est apparemment sur le point d’entrer dans ce domaine et pourrait encourager d’autres personnes à faire de même. Ce n’est qu’alors que la vision prophétique de Clarke se réalisera.

Il y a actuellement six compagnies qui fournissent un service fixe par satellite aux États-Unis : GE Americom, Alascom, AT&T, COMSAT, GTE, et Hughes Communications. Elles exploitent 36 satellites avec une valeur nette de plus de quatre milliards de dollars. Les stations terrestres qui communiquent avec ces satellites sont innombrables et peuvent avoir une valeur nette similaire. Depuis 1986, INTELSAT est concurrencé sur le marché international par Pan American Satellite. Orion Satellite devrait commencer à offrir un service international en 1994. Depuis que le Canada a commencé à offrir un service satellite national en 1972, il a été rejoint par les États-Unis (1974), l’Indonésie (1976), le Japon (1978), l’Inde (1982), l’Australie (1985), le Brésil (1985), le Mexique (1985) et bien d’autres. Chaque année, de 10 à 20 satellites de communication sont lancés pour une valeur d’environ 75 millions de dollars chacun. Les véhicules de lancement qui les placent en orbite ont des valeurs similaires. Les satellites et les véhicules de lancement sont des entreprises de plusieurs milliards de dollars. Le secteur des stations terrestres est tout aussi important. Enfin, les services de communication eux-mêmes sont des entreprises de plusieurs milliards de dollars. John R. Pierce avait raison – cela vaudrait un milliard de dollars.

Une chronologie sélective des satellites de communication

  • 1945 Article d’Arthur C. Clarke : « Relais extra-terrestres »
  • 1955 Article de John R. Pierce : « Relais radio orbitaux »
  • 1956 Premier câble téléphonique transatlantique : TAT-1
  • 1957 Spoutnik : La Russie lance le premier satellite terrestre.
  • 1960 1er succès du véhicule de lancement DELTA
  • 1960 AT&T demande à la FCC une licence expérimentale de communications par satellite
  • 1961 Début officiel des programmes TELSTAR, RELAY et SYNCOM
  • 1962 TELSTAR et RELAY lancés
  • 1962 Loi sur les satellites de communications (États-Unis.)
  • 1963 SYNCOM lancé
  • 1964 INTELSAT formé
  • 1965 EARLY BIRD de COMSAT : 1er satellite de communication commercial
  • 1969 La série INTELSAT-III fournit une couverture mondiale
  • 1972 ANIK : 1er satellite de communication domestique (Canada)
  • 1974 WESTAR : 1er satellite de communication domestique américain
  • 1974.INTELSAT-IVA : 1ère utilisation de la double polarisation
  • 1975 RCA SATCOM : 1er satellite de communication opérationnel à corps stabilisé
  • 1976 MARISAT : 1er satellite de communication mobile
  • 1976 PALAPA : 3ème pays (Indonésie) à lancer un satellite de communication domestique
  • 1979 INMARSAT formé.
  • 1988 TAT-8 : 1er câble téléphonique transatlantique en fibre optique

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