Description des éléments d’un système de Contrôle-Commande d’un satellite

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Afin de pouvoir analyser les différentes menaces et identifier les risques qui pèsent sur un système spatial, il est nécessaire de décrire précisément l’ensemble des éléments qui compose ce système ainsi que les liens entre ces éléments.

La figure 1 représente un exemple simplifié de la topologie réseau d’un système de Contrôle-Commande d’un satellite. Il est composé d’un centre des opérations, d’une station de base (ou station terrestre), d’un réseau terrestre et d’un satellite.

Figure 1 : Exemple de la topologie réseau d’un système de Contrôle-Commande d’un satellite

La station de base est l’élément central du dispositif. C’est grâce à elle que le centre des opérations peut communiquer avec le satellite.

Le lien entre le satellite et la station de base transporte trois types d’informations différentes : la charge utile (payload), la télémétrie (TT&C) et les Contrôle-Commande (C2).

Station de Malargue en Argentine, utilisée par l’Agence spatiale européenne (Crédits photo : CONAE – CC BY 2.5 ar)

La charge utile correspond aux données transportées ou collectées par le satellite et qui sont utilisées par les clients du satellite (images, TV, internet, météo, etc …).

La télémétrie correspond à des données envoyées par le satellite par exemple sur sa position ou son état. La télémétrie est composée de trois éléments qu’on appelle TT&C pour Telemetry, Tracking & Control.

Enfin, les Contrôle-Commande (C2) sont des instructions envoyées au satellite par le centre des opérations pour réaliser par exemple des manœuvres de correction d’orbite.

Satellite de télécommunication géostationnaire KA-SAT construit en 2011 par Astrium, pour la société européenne Eutelsat.

Une station terrestre fonctionne 7 jours sur 7, 24 heures sur 24. Elle est pilotée et manœuvrée à distance par le centre des opérations via des interfaces IP ou série. Elle est capable de communiquer avec plusieurs satellites, nécessitant à chaque fois un repositionnement.

Le Space Data Link (SDL) est un protocole utilisé pour transporter la charge utile du satellite ainsi que la télémétrie et les Contrôle-Commande.

Le réseau terrestre qui relie la station de base au centre des opérations est composé d’un lien qu’on appelle le Space Link Extension (SLE) Services. Le Space Link Extension (SLE) permet d’étendre le Space Data Link (SDL) du satellite jusqu’au centre des opérations.

Nous étudierons la sécurité de ces deux protocoles dans un prochain article.

Salle de contrôle de l’ESOC, le Centre européen des opérations spatiales (European Space Operations Centre), situé à Darmstadt en Allemagne en charge du suivi de toutes les sondes spatiales qui sont sous le contrôle total de l’Agence spatiale européenne (ESA) – Crédits photos : ESA/J.Mai – CC BY-SA 3.0 IGO

Dans la topologie réseau précédente, la charge utile, la télémétrie (TT&C) et les Contrôle-Commande (C2) du satellite sont multiplexés sur le même lien satellite Dans la plupart des missions, ce lien est en fait séparé en deux liens distincts comme le montre la figure 2 avec un lien pour transporter la charge utile et un autre lien pour véhiculer la télémétrie (TT&C) et les Contrôle-Commande (C2). Sur chacun des 2 liens, on retrouve le Space Data Link (SDL) qui est étendu, du satellite jusqu’au centre des opérations par le SLE (Space Link Extension).

Figure 2 : Exemple de la topologie réseau d’un système de Contrôle-Commande d’un satellite avec séparation des liens de payload et de Télémétrie

Pour être encore plus précis, nous avons rajouté dans le schéma suivant (figure 3), un utilisateur du service offert par le satellite. Cela peut être soit un terminal passif qui ne fait que recevoir un signal (exemple : décodeur TV), soit un terminal actif qui reçoit et envoie un signal (exemple : un téléphone satellite).

Figure 3 : Topologie réseau d’un système de Contrôle-Commande d’un satellite liens de payload, de Télémétrie et vers les clients

Finalement, le dernier schéma (figure 4) nous permet d’identifier 3 ensembles différents qu’on appelle des segments et qui composent la plupart des systèmes de Contrôle-Commande des engins spatiaux.

Le Segment terrestre (Ground Segment) est composé de tous les éléments au sol et qui servent à la télémétrie, au Contrôle-Commande et à la distribution de la charge utile. Le segment terrestre est composé des stations de base, du centre des opérations et du réseau terrestre. Le segment terrestre comprend aussi tous les systèmes de test, d’intégration et de lancement quand la mission comprend également un lanceur.

Le segment spatial (Space Segment) est composé du satellite (ou de la constellation de satellites), des liens montants (uplink) et descendants (downlink). Dans certains modèles, les liens satellites peuvent faire partie d’un segment à part qu’on appelle le segment des communications spatiales (Space-Link Communications Segment).

Le segment utilisateur (User Segment) est composé de l’ensemble des équipements des utilisateurs qui reçoivent le signal du satellite mais qui peuvent aussi émettre un signal à destination du satellite.

Figure 4 : Schéma simplifié représentant les 3 segments d’un système de Contrôle-Commande d’un satellite

L’ensemble de ces trois  segments représentera le périmètre de notre analyse de risque d’un système spatial qui fera l’objet d’un prochain article.

Pour réaliser cet article, nous avons étudié la présentation de Ignacio Aguilar Sanchez (ESA) et Daniel Fischer (ESA) disponible ici.

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