Les satellites Starlink de SpaceX pourraient rendre la navigation de l'armée américaine difficile à bloquer

Vue de la Terre depuis Starlink de SpaceX EspaceX

SpaceX a déjà lancé plus de 700 satellites Starlink, et des milliers d'autres devraient être mis en ligne dans les années à venir. Leur mission principale est de fournir un accès Internet haut débit pratiquement dans le monde entier, en l'étendant à de nombreux endroits éloignés qui manquaient de service fiable à ce jour.

Aujourd'hui, des recherches financées par l'armée américaine ont conclu que la croissance méga-constellation pourrait avoir un objectif secondaire : se doubler d'une alternative peu coûteuse, très précise et presque inviolable au GPS. La nouvelle méthode utiliserait les satellites Starlink existants en orbite terrestre basse (LEO) pour fournir des services de navigation quasi mondiaux.

Dans un non-peer-reviewed papier , Todd Humphreys et Peter Iannucci du Laboratoire de radionavigation à l'Université du Texas à Austin prétendent avoir conçu un système qui utilise les mêmes satellites, s'appuyant sur les signaux GPS traditionnels, pour fournir une précision de localisation jusqu'à 10 fois meilleure que le GPS, dans un système beaucoup moins sujet aux interférences.

Signaux faibles

Le système de positionnement global consiste en une constellation d'environ 30 satellites en orbite à 20 000 kilomètres au-dessus de la Terre. Chaque satellite diffuse en continu un signal radio contenant sa position et l'heure exacte à partir d'une horloge atomique très précise embarquée. Les récepteurs au sol peuvent alors comparer le temps que prennent les signaux de plusieurs satellites pour arriver et calculer leur position, généralement à quelques mètres près.

Le problème avec le GPS est que ces signaux sont extrêmement faibles au moment où ils atteignent la Terre et sont facilement submergés par des interférences accidentelles ou une guerre électronique. En Chine, mystérieuses attaques GPS ont réussi à usurper des navires dans de faux endroits, tandis que les signaux GPS sont régulièrement brouillés dans l'est de la Méditerranée.

L'armée américaine s'appuie fortement sur le GPS. L'année dernière, l'armée américaine Commandement des contrats à terme , une nouvelle unité dédiée à la modernisation de ses forces, a visité le laboratoire de Humphreys pour parler d'une startup appelée Coherent Navigation qu'il avait cofondée en 2008. Coherent, qui visait à utiliser les signaux des satellites Iridium comme alternative approximative au GPS, a été racheté par Apple en 2015 .

Ils m'ont dit que l'armée avait une relation avec SpaceX [il a signé un accord pour tester Starlink pour déplacer des données sur les réseaux militaires en mai] et serais-je intéressé à parler à SpaceX de l'utilisation de leurs satellites Starlink de la même manière que j'ai utilisé ces vieux Iridium satellites ? dit Humphreys. Cela nous a valu une audience avec des gens de SpaceX, qui l'ont aimé, et l'armée nous a donné un an pour examiner le problème. Futures Command aussi a fourni plusieurs millions de dollars de financement .

Le concept d'utilisation des satellites LEO pour la navigation n'est pas nouveau. En fait, certains des premiers engins spatiaux américains lancés dans les années 1960 étaient des satellites Transit en orbite à 1 100 kilomètres, fournissant des informations de localisation pour les navires et les sous-marins de la Marine. L'avantage d'une constellation LEO est que les signaux peuvent être mille fois plus puissants que le GPS. L'inconvénient est que chaque satellite ne peut desservir qu'une petite zone en dessous de lui, de sorte qu'une couverture mondiale fiable nécessite des centaines, voire des milliers de satellites.

Mettre à niveau et améliorer

Construire un tout nouveau réseau de satellites LEO avec des horloges ultra-précises serait une entreprise coûteuse. Démarrage de la région de la baie Systèmes d'espace de pièce prévoit de faire exactement cela, visant à lancer une constellation d'au moins 300 satellites Pulsar au cours des six prochaines années.

L'idée de Humphreys et Iannucci est différente : ils utiliseraient une simple mise à niveau logicielle pour modifier les satellites de Starlink afin que leurs capacités de communication et les signaux GPS existants puissent fournir des services de positionnement et de navigation.

Ils affirment que leur nouveau système peut même, contre toute attente, offrir une meilleure précision pour la plupart des utilisateurs que la technologie GPS sur laquelle il repose. En effet, le récepteur GPS de chaque satellite Starlink utilise des algorithmes que l'on trouve rarement dans les produits de consommation, pour localiser sa position à quelques centimètres près. Ces technologies exploitent les propriétés physiques du signal radio GPS et son codage pour améliorer la précision des calculs de localisation. Essentiellement, les satellites Starlink peuvent effectuer le gros travail de calcul pour leurs utilisateurs ci-dessous.

Les satellites Starlink sont aussi essentiellement des routeurs Internet dans l'espace, capables d'atteindre 100 mégabits par seconde. Les satellites GPS, quant à eux, communiquent à moins de 100 bits par seconde

Il y a si peu de bits par seconde disponibles pour les transmissions GPS qu'ils ne peuvent pas se permettre d'inclure des données fraîches et très précises sur l'emplacement réel des satellites, explique Iannucci. Si vous avez un million de fois plus d'opportunités d'envoyer des informations depuis votre satellite, les données peuvent être beaucoup plus proches de la vérité.

Le nouveau système, que Humphreys appelle la navigation LEO fusionnée, utilisera des calculs d'orbite et d'horloge instantanés pour localiser les utilisateurs à moins de 70 centimètres, estime-t-il. La plupart des systèmes GPS des smartphones, des montres et des voitures, à titre de comparaison, ne sont précis qu'à quelques mètres près.

Mais le principal avantage pour le Pentagone est que la navigation LEO fusionnée devrait être beaucoup plus difficile à brouiller ou à usurper. Non seulement ses signaux sont beaucoup plus forts au niveau du sol, mais les antennes pour ses fréquences micro-ondes sont environ 10 fois plus directionnelles que les antennes GPS. Cela signifie qu'il devrait être plus facile de capter les vrais signaux satellites plutôt que ceux d'un brouilleur. C'est du moins l'espoir, dit Humphreys.

Selon les calculs de Humphreys et Iannucci, leur système de navigation LEO fusionné pourrait fournir un service de navigation continu à 99,8 % de la population mondiale, en utilisant moins de 1 % de la capacité de liaison descendante de Starlink et moins de 0,5 % de sa capacité énergétique.

Je pense que cela pourrait conduire à une solution plus robuste et plus précise que le GPS seul, déclare Todd Walter du GPS Lab de l'Université de Stanford, qui n'a pas participé à la recherche. Et si vous n'avez pas à modifier les satellites de Starlink, c'est certainement un moyen simple et rapide de procéder.

La technologie de navigation n'est pas non plus limitée aux seuls satellites de SpaceX. La constellation OneWeb en faillite que le gouvernement britannique achète pourrait également servir de système de navigation maison , dit Iannucci, bien que Starlink soit en pole position en ce moment.

La navigation LEO fusionnée a cependant ses inconvénients. La méga-constellation Starlink initiale ne devrait pas fonctionner au-dessus de 60 degrés de latitude, ce qui signifie que les résidents d'Helsinki pourraient manquer ses avantages, comme le feraient les soldats de toute future région arctique ou antarctique contestée.

L'utilisation du système au sol signifierait également s'appuyer sur la propre antenne Starlink de SpaceX, décrite par le PDG Elon Musk comme ressemblant à un OVNI sur un bâton , et probablement très cher, plutôt que des puces GPS bon marché qui peuvent s'intégrer dans les smartphones et les montres. Contrairement au GPS, tout futur service de navigation LEO fusionné aurait également un prix important, notamment parce que SpaceX doit commencer à voir un retour sur son énorme investissement dans Starlink. . Pour ces raisons, tout le monde ne pense pas que ce soit la voie à suivre.

Nous avons examiné cette approche il y a longtemps, et ni les capacités commerciales ni les capacités techniques n'avaient vraiment de sens, c'est pourquoi nous travaillons sur une constellation indépendante, déclare le PDG de Xona, Brian Manning.

Ni le US Army Futures Command ni SpaceX n'ont répondu aux demandes de commentaires, mais les chercheurs de l'UT espèrent que Musk verra la valeur de la nouvelle technologie. Il y a là un potentiel pour vraiment changer la navigation dans le monde, dit Iannucci.

Correction : Nous avons modifié le titre .

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