Section spatiale du GPS

GPS

Titre

Section spatiale du GPS

Edited by

GMV

Level

Basic

Année de publication

Les principales fonctions du segment spatial sont de transmettre des signaux de radionavigation, et de stocker et retransmettre le message de navigation envoyé par le segment de contrôle. Ces transmissions sont contrôlées par des horloges atomiques très stables à bord des satellites.

Le segment spatial du GPS est formé par une constellation de satellites comportant suffisamment de satellites pour que les utilisateurs aient, au moins, 4 satellites simultanés en vue depuis n’importe quel point de la surface de la Terre à tout moment. Les États-Unis se sont engagés à maintenir la disponibilité d’au moins 24 satellites GPS opérationnels, 95 % du temps. Pour garantir cet engagement, l’Air Force fait voler une trentaine de satellites GPS opérationnels depuis quelques années.

Constellation de satellites GPS

Les satellites de la constellation nominale du GPS sont disposés en dans six plans orbitaux également espacés avec une inclinaison de 55 degrés par rapport à l’équateur. Chaque plan contient quatre « créneaux » occupés par des satellites de base. Cette disposition en 24 créneaux garantit aux utilisateurs la possibilité de voir au moins quatre satellites depuis pratiquement n’importe quel point de la planète.

L’Air Force fait normalement voler plus de 24 satellites GPS pour maintenir la couverture chaque fois que les satellites de base sont entretenus ou mis hors service. Les satellites supplémentaires peuvent augmenter les performances du GPS mais ne sont pas considérés comme faisant partie de la constellation de base.

En juin 2011, l’Air Force a réalisé avec succès une expansion de la constellation GPS connue sous le nom de configuration « Expandable 24 ». Trois des 24 emplacements ont été élargis, et six satellites ont été repositionnés, de sorte que trois des satellites supplémentaires sont devenus partie intégrante de la constellation de base. En conséquence, le GPS fonctionne désormais effectivement comme une constellation à 27 créneaux, avec une couverture améliorée dans la plupart des régions du monde.

Les orbites sont presque circulaires, avec une excentricité inférieure à 0,02, un demi-grand axe de 26 560 km, soit une altitude de 20 200 km. Les orbites de cette hauteur sont appelées MEO – medium earth orbit. Les satellites ont une vitesse de 3,9 km par seconde et une période nominale de 12 h de temps sidéral (11 h 58m 2 s), répétant la géométrie chaque jour sidéral. Le segment spatial fait l’objet de maintenance et d’évolutions.

Description du satellite GPS

La conception des satellites GPS a évolué avec le temps. Chaque génération de satellites présentant des caractéristiques similaires est appelée un bloc. Voici une brève description des différents blocs GPS :

Bloc I

• Bloc I, Satellites de développement de la navigation : Onze satellites de ce type ont été lancés entre 1978 et 1985. La disponibilité sélective (S/A) n’a pas été mise en œuvre. Ils pesaient environ 845Kg et avaient une durée de vie moyenne prévue de 4,5 ans, mais certains ont duré jusqu’à 10 ans. Ils étaient capables de donner un service de positionnement grâce aux signaux L1 et L2 et pendant 3 ou 4 jours sans aucun contact avec le centre de contrôle.

Bloc II

• Bloc II et IIA, Satellites opérationnels : Ils sont composés de 28 satellites au total qui ont été lancés de 1989 à 1997 sur et tous ont déjà été mis hors service (le dernier en 2019). Ils pesaient environ 1 500 kg et avaient une durée de vie moyenne prévue de 7,5 ans, mais celle-ci a atteint presque 26 ans, soit plus de trois fois la durée de vie prévue. Depuis 1990, une version améliorée a été utilisée, le Block IIA (avancé), avec une capacité de communication mutuelle. Ils étaient capables de fournir un service de positionnement pendant 180 jours sans contact avec le segment de contrôle. Toutefois, en mode de fonctionnement normal, ils communiquaient quotidiennement. Ces satellites contenaient la capacité de disponibilité sélective.
• Bloc IIR, Satellites opérationnels de remplacementDe 1997 à 2004, ces satellites sont utilisés comme pièces de rechange pour le bloc II. Le bloc IIR est formé par un ensemble de 20 satellites, bien qu’il puisse être augmenté de 6 autres. Ils pèsent environ 2 000 kg, comprennent des horloges au rubidium et ont une durée de vie moyenne prévue de 10 ans, bien que la durée de vie moyenne ait déjà atteint 18 ans. La principale nouvelle fonctionnalité de ces satellites est la mise en œuvre de la capacité AUTONAV, dans laquelle les satellites peuvent déterminer leurs orbites et calculer leur propre message de navigation de manière autonome. Ils ont la capacité de mesurer les distances entre eux et de transmettre des données à d’autres satellites ou au segment de contrôle. Un satellite du bloc IIR doit être capable de fonctionner environ une demi-année sans aucun soutien du segment de contrôle sans dégradation de la précision des éphémérides.
• Bloc IIR-M, Satellites modernisés : Ces 8 satellites représentent une version modernisée de la famille IIR comprenant un nouveau code militaire M signaux et le signal civil plus robuste L2C. Ils ont été lancés de septembre 2005 à août 2009.
• Bloc IIF, Satellites opérationnels de suivi : Ce bloc constitue et l’amélioration du bloc IIA sur la base de l’applicabilité de nouvelles technologies et de nouvelles améliorations du système, y compris la transmission d’une troisième fréquence civile L5 destinée aux applications de sécurité de la vie et la fourniture d’une meilleure précision grâce à des horloges atomiques avancées (2 horloges atomiques au rubidium résistantes aux radiations et 1 horloge au césium avec une synchronisation de haute stabilité). Le premier satellite (SVN62) a été lancé le 28 mai 2010. Leur durée de vie moyenne théorique est d’environ 12 ans bien qu’aucun de ces satellites n’ait atteint sa durée de vie nominale à ce jour.

.

	Bloc II/IIA	Bloc IIR	Bloc IIR-.M	Bloc IIF
Primary Contractors	Rockwell International (Boeing North American)	Lockheed Martin	Lockheed Martin	Boeing North American
Centrale d’énergie solaire	800 watts	800 watts	2450 watts
Poids	1,816 kg	2,217 kg	2,217 kg	1,705 kg
Hauteur	3.4 mètres	1,7 mètres	1,7 mètres	2,4 mètres	La largeur	5.3 mètres	11,4 mètres	11,4 mètres	35,5 mètres	Durée de vie	7.5 ans	10 ans	10 ans	12 ans

Bloc III

• Bloc III : Il consiste en une évolution majeure du bloc II, en partie due à l’évolution des satellites, mais aussi à des modifications sur le segment de contrôle. Le GPS III est nécessaire pour achever le déploiement des capacités de signaux L2C et L5 qui a commencé avec les satellites modernisés GPS IIR-M et GPS IIF La nouvelle génération de satellites GPS introduit également des améliorations significatives dans les capacités de navigation, en améliorant l’interopérabilité et la résistance au brouillage et avec une durée de vie nominale de 15 ans. Ils fournissent le quatrième signal civil sur la bande L1 (L1C), interopérable avec les autres signaux GPS, et offrent la possibilité d’utiliser le signal militaire en mode M-Code. Il prévoit également de fournir des performances accrues pour une meilleure précision des sous-systèmes et une meilleure résolution des anomalies. Il contient de multiples étalons de fréquence atomique (horloges au rubidium), une conception durcie aux rayonnements, une synchronisation de haute stabilité et un contrôle d’intégrité automatisé. Le premier lancement a eu lieu en décembre 2018 et est composé de 10 unités.
• Bloc IIIF, Satellites opérationnels de suivi : GPS IIIF, livrera des satellites GPS III au-delà des dix premiers SV livrés par le programme GPS III. Les SV GPS IIIF (11-32) introduiront de nouvelles capacités pour répondre aux demandes accrues des utilisateurs militaires et civils. Ils maintiendront la base technique du GPS III, mais en réduisant la taille, le poids et la puissance globaux nécessaires pour satisfaire les domaines de mission du positionnement, de la navigation, de la synchronisation et du système de détection des détonations nucléaires (NDS) grâce à un NDS de conception nouvelle. Il cherche également à intégrer de nouvelles capacités en accueillant une charge utile GPS de recherche et de sauvetage conçue pour aider à la mission de recherche et de sauvetage à l’échelle mondiale. Il permet d’effectuer des mesures de précision en accueillant un réseau de rétro-réflecteurs laser. Il s’occupera de la consolidation des fréquences de télémétrie, de suivi et de commandement en permettant la conformité avec les capacités de la bande S unifiée. Enfin, le programme cherchera à aborder les capacités anti-brouillage accrues pour les militaires avec une capacité de protection militaire régionale.

Enfin, le tableau suivant rassemble les principales caractéristiques des différents blocs de satellites GPS :

Current GPS Satellite constellation

Des informations plus récentes sur l’état de la constellation GPS sont disponibles sur NAVCEN GPS constellation status.

.