Centre spatial universitaire de Grenoble

Dans le cadre de la collaboration entre le CSUG, AXA XL et AXA Research Fund en matière de météorologie de l’espace, le CSUG et AXA XL ont été convié à participer à la rédaction de l’article New Tech for Nat Cat d’AXA Research Fund pour parler des nanosatellites et des risques liés à l’environnement spatial. 

La baisse du coût de développement des nanosatellites est notamment possible grâce à la miniaturisation des composants et à l’utilisation des composants Commercial Off-The-Shelf (COTS) qui ne sont initialement pas qualifiés pour le spatial. Cependant, ces composants sont aussi plus vulnérables à l’environnement spatial car moins protégés des radiations et soumis à des variations de températures extrêmes, ainsi , la panne d’un ou plusieurs nanosatellites pourrait avoir un impact direct sur notre société. Par exemple, la constellation de nanosatellites Swarm "SpaceBEE” de la société SpaceX est en charge des communications IoT globales à bas débit. Si plusieurs nanosatellites Swarm tombaient en panne, les systèmes dépendants de ces communications pourraient perdre leur connexion, ce qui aurait un impact dans des domaines comme l’agriculture, l’industrie ou la surveillance environnementale. Un autre exemple avec les nanosatellites de la constellation Spire LEMUR de la société Spire, qui offrent un suivi en temps réel des avions. Si des problèmes survenaient sur ces nanosatellites, cela pourrait rendre le suivi moins précis et impacter la logistique globale.

Les impacts qui peuvent affecter les nanosatellites dépendent de l’orbite à laquelle ils sont positionnés, dans la majorité des cas il s’agit de l’orbite terrestre basse appelé LEO pour Low Earth Orbit. A cette orbite, les satellites circulent dans une ceinture de radiation appelée ceinture de Van Allen interne qui est composée d’électrons et protons à différents niveaux d’énergies. S’ajoute à cet environnement, les éruptions solaires et le rayonnement galactique qui apportent également des particules de hautes énergies types protons et électrons, pouvant affecter les circuits électroniques des composants de manière destructive ou non-destructive (phénomène de Single Event Effect - SEE). Les électrons de hautes et faibles énergies, s’accumulent, et créent des décharges électrostatiques, endommageant les composants à la surface et à l’intérieur des nanosatellites (phénomène de Charge/Discharge). De plus, toutes ces particules participent à la dégradation précoce des nanosatellites (phénomène de Total Ionizing Dose/Total Non Ionizing Dose). Un autre phénomène affectant essentiellement l’orbite basse, est celui dit de « Atmospheric Drag », qui est causé par une variation de densité de la thermosphère qui a pour conséquence une désintégration prématurée des nanosatellites dans l’atmosphère, c’est ce qui est arrivé aux minisatellites (~260 kg) de la constellation Starlink en Février 2022. 

Hors scope météorologie de l’espace, le risque de collision est également essentiel à prendre en compte, que ce soit avec les débris ou avec les autres satellites circulant aux mêmes orbites. D’autant que le nombre de lancements augmentent exponentiellement depuis 1960.

Un autre risque, moins connu mais à ne pas négliger, est celui des cyberattaques. Les nanosatellites sont en effet plus vulnérables au brouillage des communications sol-satellite qui empêchent la transmission des télécommandes et des mises à jour logicielles du nanosatellite en orbite. Les opérateurs peuvent alors perdre le contrôle de leur satellite. Ceci est causé par les composants COTS qui sont moins sécurisés que ceux utilisés sur les grands satellites, mais aussi par l’utilisation des fréquences radioamateurs (UHF/VHF) qui sont plus facilement accessibles.  

Afin de minimiser les impacts et améliorer la résilience des nanosatellites, des mesures de protection sont développés afin de les protéger des radiations spatiales, grâce à la redondance et au blindage par exemple. De plus, des systèmes de propulsion peuvent être embarqués afin d’éviter les collisions. Enfin, les réglementations en matière de cybersécurité se renforcent, obligeant les opérateurs de lancement à mettre en œuvre des mesures de cybersécurité robustes pour se protéger contre les cyberactivités malveillantes.

Outre l’impact sur les satellites, la météorologie de l’espace a aussi un impact sur les réseaux terrestres (réseaux électriques, pipelines, communications GNSS, communications HF, etc..), ce sujet est actuellement traité par le CSUG et AXA à travers le projet SWING pour Space Weather Impact on Ground .