JoeySat : une mission réussie qui illustre l’évolution des réseaux satellitaires reconfigurables

L’évolution vers des architectures satellitaires plus flexibles

Les réseaux de communication par satellite entrent dans une période de transition architecturale. Face à la demande croissante en matière de connectivité permanente, de débits plus élevés et d’une couverture plus réactive, les exploitants et autres intervenants s’interrogent de plus en plus sur la manière dont l’infrastructure satellitaire peut devenir plus adaptative, évolutive et flexible sur le plan opérationnel.

Les architectures de charge utile traditionnelles, bien que très performantes, ont été largement conçues autour de plans de couverture fixes et d’une allocation de capacité prédéterminée. Ce modèle devient de plus en plus difficile à maintenir dans un environnement où la demande des utilisateurs, les priorités opérationnelles et l’utilisation du spectre peuvent évoluer rapidement selon les régions et les types de missions.

À mesure que les constellations LEO de prochaine génération continuent de se développer, les charges utiles réalisées par logiciel, la formation numérique de faisceaux et la gestion dynamique des ressources deviennent des éléments de plus en plus essentiels d’une infrastructure spatiale résiliente.

Démonstration de la formation de faisceaux dynamique et du traitement embarqué en orbite

Cette transition était au cœur du démonstrateur technologique JoeySat de l’Agence spatiale européenne (ASE), qui s'inscrit dans le cadre du projet de partenariat Sunrise entre l'ASE et l'exploitant de satellites Eutelsat, avec le soutien de l'Agence spatiale britannique.

Hébergé à bord d’un satellite commercial OneWeb lancé dans le cadre d’une mission partagée Falcon 9 en mai 2023, JoeySat a été conçu pour valider les technologies clés requises pour les futurs réseaux de satellites reconfigurables, notamment la formation numérique de faisceaux, la commutation de faisceaux, le traitement régénératif embarqué et l’allocation dynamique des ressources. Conçue par l’ancienne équipe SatixFy Space Systems, cette charge utile entièrement numérique a été conçue et construite en moins de 18 mois par une équipe d’ingénieurs réduite, composée de moins de 20 spécialistes.

Évoluant sur une orbite polaire à 600 km avec une couverture quasi mondiale, JoeySat a démontré comment des capacités de charge utile de communication avancées peuvent être intégrées dans un environnement commercial LEO à large bande en temps réel, tout en conservant un modèle de développement à faible coût et rapidement déployable.

Au cœur de la charge utile se trouve une paire de circuits intégrés spécifiques à une application (ASIC) sophistiqués développés par MDA Space, qui ont permis de démontrer avec succès l’orientation continue des faisceaux en bande Ku, la commutation de faisceau entre quatre cellules au sol et le fonctionnement simultané de deux faisceaux en bande Ku, pour les services LEO de prochaine génération. Ces ASIC sont les précurseurs des ASIC SX4000 et Prime2.0.

JoeySat a également validé ses capacités d’allocation dynamique des ressources, permettant une réaffectation en temps réel de la bande passante et de la puissance entre les cellules de couverture en fonction de la demande opérationnelle. Outre les fonctions de gestion des faisceaux, la charge utile a démontré un ensemble plus large de capacités opérationnelles, notamment les opérations de liaison de connexion, la télémesure et la commande intrabande, la gestion de l’état de la charge utile, le routage des liaisons utilisateur et les mises à jour logicielles à distance.

L’une des réalisations opérationnelles notables de la mission a été la mise en œuvre réussie de mises à jour logicielles et micrologicielles à distance au cours d’une seule fenêtre orbitale sans interruption des services de communication. Conçu à l’origine pour une mission de six mois avec un objectif prolongé d’un an, JoeySat est toujours en service plus de trois ans après son lancement.

La mission a également démontré des gains d’efficacité significatifs grâce au traitement régénératif, atteignant une efficacité spectrale d’environ 3,2 bits/s/Hz sur la liaison descendante de la passerelle, contre 1,9 bits/s/Hz sur la configuration de la liaison montante, soit une amélioration d’environ 70 %.

Pourquoi JoeySat est important pour les futurs réseaux LEO

Le modèle opérationnel sur lequel reposait la mission était tout aussi important. Plutôt que de déployer un satellite autonome, JoeySat a servi de charge utile hébergée au sein d’un réseau LEO commercial existant. Cette approche a démontré comment les missions et les démonstrations technologiques peuvent tirer parti des infrastructures commerciales pour réduire les coûts, accélérer les délais de déploiement et accroître l’accès aux possibilités d’essais en orbite.

Le programme a également mis en évidence la viabilité croissante du développement de charges utiles à moindre coût et hautement performantes, grâce à des approches de conception axées sur le marché et à l’utilisation de sous-systèmes basés sur des composants disponibles sur le marché (COTS), tant au niveau de la charge utile que du segment sol.

Les implications vont au-delà d’une simple mission de démonstration. Les futures architectures de communication, tant commerciales que souveraines, devraient s’appuyer de plus en plus sur des charges utiles reconfigurables, en mesure d’adapter de manière dynamique la couverture, le débit et les priorités de mission au fil du temps. La commutation de faisceau, le traitement numérique et l’allocation de ressources réalisée par logiciel constituent désormais des capacités fondamentales pour les réseaux multi-orbites de prochaine génération.

JoeySat a démontré que bon nombre de ces capacités peuvent désormais être déployées, mises à jour et exploitées avec succès dans des environnements LEO commerciaux réels.

Pour MDA Space, cette mission s’inscrit dans une perspective plus large axée sur des architectures de charge utile numériques évolutives et des systèmes de communication flexibles sur le plan opérationnel, conçus pour répondre aux besoins en constante évolution des futurs réseaux satellitaires.