Helios (satellite)

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Satellite Helios 1

Helios est une famille de satellites de reconnaissance français conçus avec une participation minoritaire de l'Italie et l'Espagne, de la Belgique et de la Grèce mis en orbite entre 1995 et 2009. Elle comprend 4 satellites : deux satellites Helios 1 lancés entre 1995 et 1999 et deux satellites Helios 2 plus perfectionnés lancés en 2004 et 2009. Tous ces engins reprennent en grande partie des composants des satellites d'observation civils Spot.

Fin 2009, trois satellites sont opérationnels : Helios 1A qui compte désormais 14 ans de vie opérationnelle, Helios 2A et Helios 2B. Le système Helios doit être remplacé en fin de vie par le système de satellites de reconnaissance européen MUSIS. Musis prendra également en charge les missions exécutées par les satellites de reconnaissance radar allemand SAR-Lupe et italien Cosmo-SkyMed qui arrivent en fin de vie en 2015-2017.

Historique du projet

Genèse et perspectives

Le développement des satellites de reconnaissance prend sa source en France dans le projet SAMRO (SAtellite Militaire de Reconnaissance Optique), qui sera abandonné en 1982. Le programme Hélios est lancé en 1985 avec pour objectif principal la surveillance du bloc soviétique. À l'époque la France peut s'appuyer sur la connaissance technique acquise dans le cadre du programme d'observation civil français Spot (premier satellite Spot lancé en 1986) dont les principaux composants seront repris pour développer le satellite de reconnaissance militaire : capteurs, optiques, systèmes d'enregistrement et de transmission, plate-forme. L'éclatement de l'URSS modifie l'objectif du système Helios dont le champ d'intervention s'élargit à la planète avec un intérêt plus marqué pour la zone d'influence politique française en Afrique et au Moyen-Orient^[1]. Le programme Helios I, première version du système, est développé avec une participation de l'Espagne (7 %) et de l'Italie (14,1 %) et ses deux satellites sont déployés en 1995 et 1999.

Les conflits des années 1990, dans lesquels les nations européennes sont engagées, mettent en évidence la forte dépendance de ceux-ci par rapport au système de reconnaissance spatial américain. Ce constat accroit leur intérêt pour un système de reconnaissance par satellite européen. Mais, lorsque le projet de deuxième génération des satellites Helios 2 est lancé en 1998, les négociations engagées entre la France et l'Allemagne autour d'un programme commun échouent pour des raisons à la fois budgétaires et politiques. L'Allemagne lancera par la suite la série des satellites de reconnaissance radar SAR-Lupe : le radar est retenu car la zone d'intérêt de l'Allemagne se situe essentiellement dans les pays d'Europe de l'Est caractérisés par une couverture nuageuse importante. L'Italie développe à la même époque ses satellites de reconnaissance radar COSMO-SkyMed. Le programme Helios 2 sera financé à 90 % par la France avec une participation minoritaire de la Belgique, de l'Espagne rejoints en cours de développement par la Grèce et l'Italie (2,5 % chacun). Par ailleurs un accord d'échange de capacités de reconnaissance Helios 2/SAR-Lupe est signé entre la France et l'Allemagne en 2006. Le même type d'accord est passé avec l'Italie en 2005 pour le couple Helios 2 /COSMO-SkyMed. Fin 2009 la composante spatiale du programme comporte le satellites Helios 1A qui compte désormais 14 ans de vie opérationnelle (durée prévue 5 ans), Hélios 2A et 2B (ce dernier est lancé en décembre 2009). Les stations au sol de réception des images Helios 2 sont installées dans tous les pays participant au programme sauf en Allemagne (prévu pour janvier 2010) et en Grèce (juin 2010)^[1].

Helios 1

Les deux satellites Helios 1 constituent la première génération du programme dont le développement est lancé en 1985.

Ils gravitent sur une orbite héliosynchrone à une altitude de 678 km. Leurs instruments offrent une résolution de l'ordre d'un ou deux mètres au sol. En outre, ils sont capables d'intercepter les signaux Inmarsat et Intelsat.

Dérivés de SPOT 4, ils en conservent la plateforme mais se voient dotés d'un système de contrôle d'attitude (SCAO). Ce système réalise la cinématique de l'orientation du satellite via des volants d'inertie. Ce système permet d'effectuer un pointage fin de l'objectif de la prise de vue pendant plusieurs secondes, augmentant ainsi la qualité des images. Il remplace aussi le miroir de SPOT 4 permettant de viser des objectifs hors de la trajectoire du satellite. Le contrôle de la cinématique d'orientation est assuré par le SCAO via les senseurs stellaires. Au nombre de trois, ce sont les trois cônes que l'on voit dépasser de la plateforme. Seuls deux sont actifs en même temps. Les volants d'inertie sont alors asservis par le SCAO qui s'efforce de suivre une sélection d'étoiles parmi les plus brillantes afin d'assurer la cinématique voulue. Cette sélection d'étoiles est programmée par les logiciels mission au sol.

Hélios 1A et 1B se distinguent de SPOT 4 par l'absence de polychromie des images (elles sont en noir et blanc) optimisant la capacité de stockage image.

Helios 1A, lancé le 7 juillet 1995 par un lanceur Ariane 4, comme Helios 1B, lancé lui le 3 décembre 1999.

Néanmoins, ce dernier dut être désorbité volontairement en octobre 2004 avant d'en perdre définitivement le contrôle. En effet, le satellite était victime d'une perte de charge d'une batterie depuis mai de la même année qui entraîna à son tour, l'usure prématurée des autres.

Helios 2

Les deux satellites Helios 2 constituent la seconde génération du programme dont le développement est lancé en 1998.

Spécifications

Caractéristiques générales

Les satellites Helios 2 sont des satellites lourds pesant 4 200 kg. Le système de contrôle de l'orbite et de l'orientation du satellite (Attitude and Orbit Control System) a la capacité de modifier à la fois la position du satellite et l'orientation des caméras ce qui lui permet de photographier un lieu donné plusieurs fois par jour, éventuellement sous plusieurs angles. Un satellite Helios se décompose en plusieurs modules :

• un module de contrôle dans lequel sont regroupés le traitement des données, la gestion de la position qui utilise le système Doris, les volants d'inertie permettant de corriger l'orientation, la fourniture en énergie et les liaisons avec le sol.
• un module de propulsion constitué d'un tube central en titane avec 4 réservoirs de carburant. Celui-ci abrite également les senseurs utilisés pour la détermination de la position ainsi que les antennes de liaison utilisées pour recevoir les télécommandes reçues depuis la station au sol et envoyer les télémesures qui permettent de contrôler son fonctionnement. Les liaisons avec le sol se font en bande S (2 GHz).
• 5 panneaux solaires qui fournissent l'énergie du bord (2900 Watt) : 2 panneaux comportent des cellules de arséniure de gallium et 3 panneaux utilisent des cellules de silicium.
• La case « charge utile » contenant entre autres l'électronique contrôlant la vidéo, le système de compression de données, la mémoire de masse (90 Gigaoctets stockées sur 5 760 circuits intégrés comprenant chacun 10 mémoires DRAM de 16 Mo) dans laquelle sont stockées les images recueillies
• La charge utile proprement dite^[2].

Les satellites Helios ont une probabilité de survie de 70% après 5 ans. Le projet Helios 2 a un cout de réalisation de 1,8 milliard €. Cette somme dépensée sur 10 ans se décompose en 330 millions pour la conception du système, 865 millions pour la fabrication des satellites, 225 millions pour le segment sol, 275 millions pour les 2 lancements, 35 millions pour le centre de contrôle et 70 millions pour les activités du CNES en tant que maîtrise d'œuvre (le maître d'ouvrage étant la Direction Générale de l'Armement)^[3].

Remarque : les données concernant les caractéristiques des satellites sont incomplètes et imprécises, les ministères de la Défense ne communiquant que des ordres de grandeur, et n'ayant pas révélé l'ensemble de l'appareillage existant sur ces satellites.

Orbite

L'orbite des satellites Helios 2 est héliosynchrone phasée. Ce type d'orbite présente des caractéristiques optimales pour les missions de reconnaissance :

• C'est une orbite basse, favorable à des clichés en haute résolution. L'altitude des satellites Helios 2 est de 675 km
• Le satellite repasse au-dessus d'une même zone géographique toujours à la même heure solaire ce qui permet de détecter plus facilement les changements intervenus entre deux passages
• C'est une orbite polaire qui permet une couverture quasi complète du globe terrestre.
• C'est une orbite phasée : le satellite repasse à la verticale exacte du même point au bout d'un certain nombre de jours.

Charge utile

Les instruments du satellite comprennent des caméras fonctionnant en lumière visible et en infrarouge pour détecter des signes d'activité de jour comme de nuit. Le satellite dispose de plusieurs types de caméras : ^[2].

• Un instrument à grande ouverture (champ large), similaire à celui de Spot 5, avec une capacité dans le proche infrarouge pour l'observation de nuit. Il permet de photographier en moyenne résolution de grandes surfaces. Il est utilisé par exemple pour des missions de cartographie.
• Un instrument à haute résolution (HR) pouvant travailler en lumière visible et dans l'infrarouge.
• Un instrument à très haute résolution (VHR) avec une résolution de 35 cm^[4] pouvant travailler en lumière visible et dans l'infrarouge.

Le satellite peut acquérir une centaine de photos par jour.

Il a par ailleurs une capacité d'interception électromagnétique (écoutes téléphoniques)

Lancements

• Helios 2A, lancé le 18 décembre 2004 (Ariane 5G)
• Helios 2B, lancé le 18 décembre 2009^[5] par une (Ariane 5GS)

Utilisateurs

Les satellites de reconnaissance Helios sont placés sous le contrôle de la Direction du renseignement militaire (DRM).

Les utilisateurs d'Helios sont :

• La Direction du renseignement militaire (DRM) (ministère de la Défense),
• La Direction générale de la sécurité extérieure (DGSE) (ministère de la Défense)
• L'European union satellite centre (EUSC) regroupant l'Allemagne, la Belgique, l'Italie, l'Espagne et Grèce.

Mise en œuvre

Chaque jour, les différents partenaires nationaux participant au programme Helios fournissent une liste des lieux qu'ils souhaitent photographier. Ces besoins sont centralisés au Centre principal Helios français (CPHF) située sur la base aérienne 110 à Creil. Des priorités sont affectées à ces demandes en fonction de différents critères et des prévisions de couverture nuageuse. Le plan de travail qui en résulte est fourni au Centre de Maintien à Poste CMP localisé dans les locaux du CNES à Toulouse. Un second CMP, dit de secours, délocalisé peut prendre le relai à tout moment. Le plan de travail y est traité par les logiciels mission au sol qui s'assurent de sa validité et programment les commandes correspondantes de mise en œuvre des équipements de la charge utile (équipements de prise de vue, équipements vidéo, mémoires, balise d'accrochage, antenne d'emission), des senseurs stellaires et du SCAO (Système de Contrôle d'Attitude et d'Orbitographie). Elles sont alors téléchargées à bord via l'antenne 2GHz dans la nuit, heure française.

Le logiciel de vol du satellite exécute ces commandes et stocke sur ses deux EMS (Enregistreur Magnétique Spacialisé) ou MdM pour Hélios 1B (Mémoire CMOS dynamique), les images recueillies à l'aide de ses instruments de prise de vue. Lorsqu'il passe en visibilité des centres nationaux installés chez les partenaires du programme (CPHF, CPHB pour la Belgique,...), les images demandées, qui ont été au préalable cryptées, sont retransmises sur l'antenne des centres de réception image 8GHz (CRIs) nationaux ou sur les antennes mobiles de théâtre d'opération. Elles sont ensuite distribuées par chaque centre national aux différents utilisateurs (en France une quinzaine de stations au sein de la DRM, DGSE,...) via le réseau informatique^[2].

Le contrôle et la surveillance du satellite en temps réel s'effectuent via des télécommandes et la télémesure bord. Cette communication est transmise par le réseau de stations d'émission/réception 2GHz.

Missions

Les principales missions des satellites Helios 2 sont les suivantes ;

• Vérification des traités de désarmement et de non prolifération
• Identification des signes précurseurs de crise et des menaces terroristes
• Préparation des missions militaires menées généralement dans un cadre international

Les satellites Helios prennent des images haute résolution en vue de la prévention de conflit, ou de l'étude de frappe :

Exemples d'utilisation :

• Préparation de missions
• Evaluation des dommages de combat
• Cartographies de zones d'intervention non couvertes par des cartes
• Guidage de missiles de type SCALP : fourniture de modèle numérique de terrain pour la visualisation 3D

Ces satellites viennent compléter des systèmes permettant le renseignement, comme les drones, les Mirage F1 et les moyens humains des régiments.

En 1996, les données du satellite Helios permettent aux Européens de contredire les Américains au sujet de mouvements de chars irakiens, les Européens n'en comptant qu'une trentaine au lieu des trois cents annoncés par les Américains pour justifier des bombardements et une extension de la zone d'exclusion aérienne^[6].

Constructeurs

Matra, devenu EADS Astrium Satellites, est maître d'œuvre des deux générations de satellites.

Aerospatiale réalise, entre autres, dans le Centre spatial de Cannes Mandelieu, les deux instruments EPV^[7] (Ensemble de prise de vue) des satellites Hélios 1A et Hélios 1B.

Le Centre spatial de Cannes Mandelieu, devenu Alcatel Space puis Thales Alenia Space, réalise, entre autres, l'instrument Haute Résolution, instrument clef de la mission Helios 2.

EADS Astrium développe le segment sol utilisateur dans le cadre d’un marché avec la Délégation générale pour l'armement. La Composante sol utilisateur (CSU) a pour principale caractéristique de pouvoir programmer tous les satellites de la famille HELIOS (acquisition et le traitement des images HELIOS).

Notes et références de l'article

Voir aussi

Bibliographie

• Guy Lebègue, « Conflit du Golfe: la leçon des satellites militaires », dans Revue aerospatiale, n^o 79, juin 1991.
• Jean-Paul Croizé, journaliste scientifique du Figaro, « Satellites militaires : les "juges de paix" », dans Revue aerospatiale, n^o 108, mai 1994.

Articles connexes

• Satellite Spot
• Helios 2A
• Helios 2B
• Frenchelon

Liens et documents externes

• Helios I sur le site d'EADS Astrium
• Helios II sur le site d'EADS Astrium
• Dossier de presse Helios 2B du Ministère de la Défense français

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