Depuis des années, le secteur spatial commercial s'enthousiasme pour la perspective de « super constellations » de satellites en orbite terrestre. Ces satellites fourniraient des services aussi variés que les communications, la navigation et l'internet haut débit.
Parallèlement, les progrès des petits satellites (aussi appelés CubeSats) et des programmes de covoiturage ont rendu l'espace plus accessible aux instituts de recherche, aux universités et aux organisations. Avec autant de satellites en orbite, nombreux sont ceux qui s'inquiètent de l'impact que cela pourrait avoir sur les débris spatiaux et l'astronomie.
La radioastronomie, qui observe les émissions extrêmement faibles des objets astronomiques, pourrait souffrir de l'ajout de satellites en orbite. C'est ce qu'indique un article récent publié sur le serveur de prépublication arXiv par une équipe internationale de chercheurs qui ont étudié l'impact des mégaconstellations sur la radioastronomie.
Alors que de nombreux scientifiques préconisent l’établissement d’observatoires radio sur la face cachée de la Lune, une compréhension plus complète de l’impact des transmissions par satellite sur les radiotélescopes est nécessaire pour garantir l’accès futur à des cieux « sombres » et « calmes ».
L'étude a été menée par Mike Peel, chercheur postdoctoral au laboratoire Blackett de l'Imperial College de Londres et coresponsable de Sathub, une composante du Centre pour la protection du ciel sombre et calme contre les interférences des constellations de satellites (CPS) de l'UAI. Il était accompagné de collègues du laboratoire Blackett et de chercheurs de l'Université de l'Illinois à Urbana-Champaign, de l'Université de Washington et du Square Kilometer Array Observatory (SKA). L'article décrivant leurs résultats a été présenté lors de la 9e Conférence européenne sur les débris spatiaux et publié sur le site web des actes de la conférence.
En résumé, la radioastronomie s'appuie sur de nombreux types d'antennes et de récepteurs pour observer le ciel à diverses résolutions et fréquences. Ces observations permettent aux astronomes d'observer « l'univers caché », où la présence de poussière et de débris interstellaires obscurcit la lumière optique. Traditionnellement, les radiotélescopes fonctionnent passivement pour coexister avec d'autres acteurs qui dépendent du spectre radio (pour les transmissions, les communications, etc.). Les observatoires sont construits dans des régions éloignées afin d'éviter les interférences radio (RDI) et d'améliorer le rapport signal sur bruit (SNR).
Cela inclut le Very Large Array (VLA) dans les déserts du Nouveau-Mexique, le Square Kilometer Array Observatory (SKA) dans le désert du Karoo en Afrique du Sud et la région de Murchison en Australie, ou encore l'Atacama Large Millimeter-submillimeter Array (ALMA) situé dans le désert d'Atacama, au nord du Chili. L'Union internationale des télécommunications (UIT) réserve également quelques petites bandes de fréquences impliquant des raies spectrales et des processus physiques à certaines fréquences fixes.
Comme Peel l'a expliqué à Universe Today par courriel : « Les gouvernements imposent parfois des zones de silence radio autour des observatoires radio afin de minimiser les transmissions terrestres à proximité. Cependant, les constellations de satellites sont, par nature, mondiales ; on ne peut y échapper nulle part sur Terre. »
Bien que certains opérateurs de satellites aient conclu des accords pour éviter certaines zones de silence radio, cela reste l'exception. C'est pourquoi il est important de comprendre l'impact, intentionnel ou non, de leurs transmissions sur les instruments de radioastronomie.
Traditionnellement, les satellites limitent leurs transmissions aux fréquences des bandes X, Ku et K du spectre radio (10 à 20 GHz). Cependant, cette situation évoluera avec l'augmentation du nombre de satellites en orbite basse et l'élargissement de la gamme de fréquences par les opérateurs. Si la face cachée de la Lune est considérée comme un lieu éloigné prometteur pour la radioastronomie, cet objectif ne peut être atteint que si le lieu est protégé des transmissions par satellite.
Par conséquent, la compréhension des propriétés de radiofréquence (RF) des constellations de satellites est essentielle au fonctionnement continu des observatoires radio distants sur Terre et sur la face cachée de la Lune.
Mais comme l'explique Peel, cela représente un défi, car très peu d'informations sont actuellement disponibles auprès des opérateurs de satellites : « De nombreuses informations sur les satellites et leurs émetteurs sont commercialement confidentielles. Nous connaissons les principales bandes de transmission qu'ils utilisent et la puissance maximale qu'ils sont autorisés à émettre dans ces bandes (qui peut être extrêmement élevée ; ils peuvent apparaître plus brillants que le soleil à ces fréquences.) »
Cependant, nous ne savons pas grand-chose des transmissions hors bande. Par exemple, il peut y avoir des fuites de part et d'autre de la bande officielle allouée à la transmission, ou des émissions involontaires causées par l'électronique embarquée, que nous pouvons détecter à basses fréquences, même à 400 km de distance.
Un autre défi réside dans le fait que les positions publiées des satellites sont souvent décalées de quelques fractions de degré (minutes d'arc), où même de petites différences peuvent faire une grande différence. Si certains radiotélescopes évitent d'observer les zones du ciel qui coïncident avec les trajectoires orbitales prévues, cela deviendra plus difficile à mesure que le nombre de satellites en orbite augmentera considérablement.
« Plus d'un million de satellites ont été proposés à l'UIT à ce jour, même si tous ne seront pas lancés », a déclaré Peel. « Nous prévoyons toujours qu'il y aura entre 50 000 et 200 000 satellites dans un avenir proche. »
Heureusement, la recherche sur les interférences radio par satellite est facilitée par le CPS de l'UAI, le Comité des fréquences radioastronomiques (CRAF) et d'autres organisations similaires du monde entier liées à la radioastronomie. De nombreuses conférences réunissent également des experts pour aborder ce sujet, notamment les ateliers Constellations de satellites 1 (SATCON 1) et SATCON 2, ainsi que les conférences Ciels sombres et calmes I et II. Le sujet des transmissions hors bande a également été exploré dans une étude menée par des chercheurs du CPS de l'UAI.
Grâce au radiotélescope Low Frequency Array (LOFAR), l'équipe a observé 68 satellites Starlink à la recherche de signes de « rayonnement électromagnétique involontaire ». Leurs observations ont révélé que les satellites émettaient des rayonnements à des fréquences comprises entre 110 et 188 MHz, bien en deçà des fréquences radio de 10,7 à 12,7 GHz utilisées pour les signaux de communication descendante.
Comme l'a déclaré Peel, cette dernière étude a déterminé que les satellites peuvent être vus sur tout le spectre électromagnétique : « En radiofréquences, ils sont particulièrement brillants aux fréquences auxquelles ils émettent activement, et celles-ci augmentent et passent à des fréquences plus élevées. Chaque nouvelle constellation de satellites exige ses fréquences et une bande passante croissante. »
Plus les fréquences utilisées sont nombreuses, plus les observations de radioastronomie sont impactées. Elles sont également observées à basse fréquence, là où elles n'émettent pas intentionnellement. Cependant, l'électronique embarquée génère un « bourdonnement » radio détecté par les radiotélescopes basse fréquence.
Malheureusement, il n'existe pas de stratégie d'atténuation parfaite, et il est totalement irréaliste d'exiger que les satellites ne volent pas au-dessus de l'horizon (vu depuis un radiotélescope). Cependant, les impacts les plus importants peuvent être minimisés grâce à une coopération active entre les opérateurs de satellites, par l'intermédiaire du CPS de l'UAI, et des organismes internationaux comme l'Union internationale des télécommunications (UIT) et le Comité des utilisations pacifiques de l'espace extra-atmosphérique (COPUOS), qui fait partie du Bureau des affaires spatiales des Nations Unies (UNOOSA). En attendant, les stratégies d'atténuation disponibles prennent forme.
« Plusieurs opérateurs étudient le partage des données opérationnelles, en particulier l'évitement de la visée, où les opérateurs connaissent la direction dans laquelle pointent les radiotélescopes et éteignent leurs satellites lorsqu'ils traversent le faisceau du télescope », a déclaré Peel.
Certains évitent également les transmissions vers les sites de radiotélescopes en général ; certains pays élaborent une législation exigeant des opérateurs de satellites qu'ils se coordonnent avec les organismes de recherche nationaux afin de minimiser leur impact. Pour éviter les émissions à basse fréquence, un meilleur blindage des radiofréquences et des essais de satellites au sol sont à l'étude.
Pour plus d'informations : M. Peel et al., Comprendre l'impact des satellites sur les observations radioastronomiques, arXiv (2025). DOI : 10.48550/arxiv.2504.11561
Par Matthew Williams, Universe Today
Edité par Gaby Clark , révisé par Robert EganFourni par Universe Today
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