Nanosatellites Kinéis :
"Ce n’est pas la taille qui compte !"

A l’été 2024, Kinéis, opérateur français de satellites et fournisseur de connectivité globale pour l’Internet des Objets (IoT), initie la mise en orbite de sa constellation de 25 nanosatellites, première constellation européenne dédiée à l’IoT avec une couverture mondiale. Les constellations de satellites sont rares, le déploiement de celle de Kinéis est un événement inédit qui, en plus de se performance opérationnelle, met en lumière un nouveau secteur spatial. Pourquoi ses acteurs se sont-ils tournés vers les nanosatellites ? En quoi ces petits satellites sont-ils le devenir du New Space ? Quelles sont les particularités des nanosatellites de la constellation Kinéis ?

Tout ce que vous avez toujours voulu savoir sur les nanosatellites Kinéis… sans jamais oser le demander.

Nanosatellite Kinéis en test vibrations, à Toulouse ©Kinéis_ThierrydePrada2023

Nanosatellites : la révolution de la miniaturisation

Depuis les années 80 et 90, l’industrie des télécommunications et de la téléphonie grand public ont permis la mise sur le marché de micro-composants électroniques de grande capacité de calculs, à des prix abordables. Jusque-là, les agences et les industriels du spatial concevaient et fabriquaient de grands satellites de la taille d’une automobile ou d’un mini-bus, proportionnels aux dimensions des charges utiles (les instruments des missions).

La fabrication de ces satellites était onéreuse, leur qualification technique et leurs essais prenaient énormément de temps car il fallait prendre en considération la qualification des composants électroniques utilisés, les tests de radiations et de vibrations. Un décalage de 10 à 20 ans s’établissait entre la phase zéro des projets et l’exploitation du satellite.

Les ingénieurs sont donc allés voir de plus près les micro-composants électroniques des télécommunications et de la téléphonie grand public qui intégraient toutes les fonctionnalités sur le même composant. Cette réduction et cette concentration fonctionnelle des composants a induit la réduction de la complexité des systèmes.

Après leur avoir fait passer des tests techniques de qualification, les ingénieurs des services R&D du spatial ont utilisé ces micro-composants électroniques issus du monde des télécommunications et disposant de plus de capacité de calcul, tout en étant beaucoup moins chers et consommant peu d’énergie. Ces composants se retrouvent ainsi dans les charges utiles supportant les missions télécom ou IoT (cas de Kinéis et de ses charges utiles), mais aussi dans les calculateurs bord ou les équipements de gestion/distribution de l'énergie fournis par la plate-forme satellite. La taille des satellites est soudainement devenue plus petite car elle s’adaptait à ces nouvelles échelles.

L’électronique a initié la miniaturisation en générant un cercle vertueux : on pouvait produire environ dix nanosatellites pour le prix d’un satellite. Cette logique économique a également induit le choix de développer des systèmes basés sur des constellations, projets beaucoup plus onéreux auparavant avec des satellites standards.

Les lanceurs se sont adaptés : des sociétés privées ont conçu des micro-lanceurs pour mettre à poste ces nanosatellites sur leurs orbites. Le ticket pour l’espace est devenu beaucoup plus abordable en comparaison à l’accès proposé par les gros lanceurs, devenus surdimensionnés. Dans le cas de Kinéis, chacun des 5 lancements embarque seulement 150 Kg de charge (5 nanosatellites). Le choix du micro-lanceur s’avérait donc adapté aux besoins de la société toulousaine pour le déploiement de sa constellation.

Micro-lanceur Electron de Rocket Lab ©RocketLab

Nanosatellites Kinéis, l'innovation au service d’une connectivité globale

 

3 antennes pour les missions IoT et AIS

Le système antennaire représente une des particularités des satellites Kinéis, notamment la double antenne auto-déployable UHF-S. La taille des nanosatellites imposait de concevoir et de développer un nouveau concept d’antenne petite et pliable. La double antenne UHF-S répond à ce cahier des charges puisqu’elle est constituée d’une antenne pliable UHF à l’extrémité de laquelle est fixée une antenne rigide en bande-S. L’ensemble a été qualifié par rapport aux conditions de lancement (vibrations), aux exigences de performance particulièrement élevées sur ce type de mission de collecte de petite messagerie, et à leur compacité.

L’antenne déployable UHF (Ultra High Frequence) est dédiée à la connectivité IoT. Issue de la R&T du CNES, elle a été co-conçue par Cobham Aerospace Communications et Comat, et produite par Comat, une société toulousaine. Cette antenne permet, avec une très bonne sensibilité, la réception des messages transmis par les terminaux IoT déployés sur Terre. Elle permet également d’émettre des petits messages vers ces mêmes terminaux. Son innovation réside dans ses 4 brins métalliques rigides en cuivre béryllium (un métal dur et léger) ressemblant à une chaîne ADN et qui assurent 2 fonctions : le rayonnement des radio fréquences pour l’IoT et un rôle dans le mécanisme de déploiement de l’antenne.

Antennes UHF Kinéis en production chez COMAT ©Kinéis2024

L’antenne bande-S (conçue et produite par Cobham Aerospace Communications) communique avec les 20 stations-sol du système Kinéis pour retransmettre les données des missions collectées à bord.

Autre démonstration d’innovation, l’antenne AIS (Automatic Identification System) qui met en avant une technologie disruptive développée spécifiquement pour la 2ème mission des satellites Kinéis. Elle est dédiée au système maritime d’identification automatique des navires, un système anticollision qui permet aux bateaux et aux systèmes de surveillance du trafic maritime de connaître l’identité du navire, son statut, sa position et sa route, dans une zone de navigation dense ou dans une zone de pêche.

L’antenne AIS Kinéis assure une meilleure réception puisque le signal d’un bateau est reçu par chacun de ses 6 brins métalliques indépendants en inox, ce système augmentant le taux de réception des navires jusqu’à 80% (taux de détection journalier sur les gros bateaux) dans les zones à forte densité de navigation (Europe du Nord, Singapour), par rapport à des satellites mono brin qui atteignent 10 ou 20% de détection.

Brins de l’antenne AIS sur le nanosatellite Kinéis ©Kinéis2024

La charge utile IoT

L’instrument qui assure la mission IoT est 10 fois plus petit en volume et en masse par rapport aux anciennes générations de satellites. Thales Alenia Space et Syrlinks ont relevé le défi technologique de miniaturiser la charge utile qui consomme 3 fois moins d’énergie que les charges utiles IoT actuelles.

Le propulseur électrique

Tous les satellites ne sont pas équipés d’un propulseur. Cette fonctionnalité permet 4 actions sur les nanosatellites Kinéis :

1. La mise à poste du satellite (MIP) sur son orbite, après la séparation avec le lanceur,
2. Le maintien à poste du satellite sur son orbite (MAP),
3. Les manœuvre d’évitement de débris,
4. La désorbitation, lorsque le nanosatellite en fin de vie doit être désintégré dans l’atmosphère terrestre, conformément à la loi française sur les opérations spatiales (la LOS).

Le propulseur électrique, alimenté par les 2 panneaux solaires, permet au nanosatellite de se maintenir sur son orbite définie et donc au système Kinéis de garder une précision de couverture permanente.

 

Le startracker 

Ce pourrait être le nom d’un film de science-fiction : le chercheur d’étoiles ! Mélange de Star Treck et de Luke Skywalker, ce nom à la fois poétique et cinématographique est un des instruments des nanosatellites Kinéis. Il est l’équivalent de l’instrument de navigation maritime le sextant (indiquant latitude et longitude terrestre par rapport aux étoiles), et qui a notamment permis à Magellan d’effectuer le premier tour du monde au XVIème siècle.

Le startracker photographie l’environnement spatial de son champ de vision. Il dispose à bord d’une cartographie des étoiles qui lui permet de savoir comment le satellite est orienté sur son orbite pour éventuellement la rectifier. Ce startracker comporte également une part d’innovation réalisée par la société Sodern. Cette dernière a développé une tête optique plus petite mais très performante et a miniaturisé la partie carte électronique pilotant le startracker.

 

Petits mais performants !

Les 25 nanosatellites de la constellation sont positionnés sur 5 orbites polaires basses, à 650 kilomètres de la Terre, afin de survoler l’ensemble du globe , leur permettant :

• De bénéficier d’une vitesse de déplacement de 7,8 kms par seconde,
• D’effectuer une orbite complète en 97 minutes seulement,
• De réaliser 15 tours d’orbite en 24 heures.

Chaque nanosatellite Kinéis, qui évolue par groupe de 5, assure également des performances de couverture remarquables :

• Une surface de 5 km²,
• Soit 40.000 km² parcourus par tour d’orbite.

En comparaison, 10 heures sont nécessaires à un satellite « normal » pour couvrir la surface du globe.

Cette constellation, optimisée sur 5 plans orbitaux et parfaitement contrôlée en permanence via la propulsion électrique, est l'ADN du système Kinéis, véritable révolution pour l’IoT satellitaire. Il permet de connecter n’importe quel Objet dans le monde et de transmettre la donnée à l’utilisateur final en quasi-temps réel, grâce à cette constellation de 25 nanosatellites et au réseau de 20 stations-sol.

Tout savoir sur la constellation

 

Un événement inédit, fondateur du nouveau secteur spatial français

La miniaturisation a permis la production de nanosatellites à des prix considérablement réduits. Dans cette logique économique du New Space, la conception d’une constellation comme celle de Kinéis est devenue plus abordable, garantissant des temps de revisite inégalés pour les utilisateurs de la donnée.

Pionnier du nouveau secteur spatial français Kinéis déploie sa première constellation IoT afin de répondre aux besoins de connectivité du marché mondial pour l’Internet des Objets, et notamment pour couvrir les zones blanches des réseaux terrestres.

Les nanosatellites Kinéis n’ont pas à rougir de leur taille car leur capacité à opérer leurs missions s’effectuent dans des performances rarement atteintes. Ils sont en définitive les porteurs de cette révolution de l’Internet des Objets par satellite dont les applications sont des réponses aux enjeux majeurs de ce XXI^ème siècle, pour l’Homme, ses activités et son environnement.

 

Rédacteur : Sébastien Martignac

En collaboration avec Michel Sarthou, Directeur technique, et Stephan Lauriol, Ingénieur système, chez Kinéis

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