↑↑↑L'étoile finale de Beidou a été lancée avec succès ! La « constellation de Beidou » rayonne de la sagesse de Shanghai

Le matin du 23 juin, le dernier satellite de mise en réseau mondiale Beidou-3 a été lancé avec succès.

De son lancement en 2009 au lancement du 30e satellite aujourd'hui, l'achèvement du système Beidou-3 marque la réussite de la stratégie de développement en « trois étapes » pour le développement de systèmes de navigation par satellite adaptés aux conditions nationales que notre pays explore depuis les années 1980.

Il existe 24 satellites Beidou en orbite terrestre moyenne, 3 en orbite géostationnaire et 3 en orbite géosynchrone inclinée. Presque chaque satellite Beidou qui brille dans le ciel témoigne du travail acharné et de la contribution des chercheurs scientifiques de Shanghai.

« Une étoile est connectée, toutes les étoiles sont connectées »

Que les satellites puissent aussi « parler au ciel ».

L'équipe de développement du système de navigation par satellite Beidou de l'Académie des sciences de Chine, basée à Zhangjiang (Pudong), a achevé le développement et le lancement de 12 satellites du système Beidou-3. Elle mettra en place un système de base pour le système de navigation Beidou en 2018 et fournira des services à l'échelle mondiale. La construction du système complet sera achevée en 2020, offrant ainsi une nouvelle solution pour la mise en place du système de navigation par satellite mondial Beidou de la Chine.

L'équipe fête cette année ses dix ans. Ses membres ont en moyenne une trentaine d'années, ce qui en fait une nouvelle recrue dans le domaine aérospatial. C'est cette force dynamique qui insuffle une inspiration novatrice à la recherche et au développement de satellites, déjà bien établis. Lors du développement de Beidou-3, ils ont mené à bien des centaines de projets de recherche technologique clés pour les applications satellitaires.

▲Des chercheurs effectuent des mesures de précision sur le satellite Beidou-3 (Photo courtoisie de l'Institut d'innovation des microsatellites de l'Académie chinoise des sciences)

Il existe une règle non écrite dans le domaine aérospatial selon laquelle la nouvelle technologie utilisée sur chaque étoile ne dépasse généralement pas 30 %, mais cette équipe a utilisé près de 80 % de la nouvelle technologie sur la première étoile test.

Animée par l'innovation, cette jeune équipe s'attaque avec audace à la révolution de la conception et de la gestion des satellites. Elle utilise des technologies telles que la structure à panneaux, le positionnement indépendant par capteurs stellaires et une architecture électronique intégrée à haute densité fonctionnelle pour créer la « Plateforme dédiée à la navigation par satellite de l'Académie chinoise des sciences », qui améliore considérablement l'adaptabilité et l'évolutivité des satellites.

Ils ont proposé un concept original de « chaîne fonctionnelle » afin d'optimiser et d'intégrer au maximum les ressources internes du satellite. Ils ont remplacé plus de 20 ordinateurs initialement dédiés au contrôle par un seul ordinateur haute performance, ce qui a permis de réduire considérablement les coûts tout en augmentant la densité fonctionnelle.

Il convient également de mentionner queIls ont réalisé des percées dans la technologie de liaison inter-satellites, atteignant une « connectivité mono-étoile, une connectivité étoile à étoile », permettant aux satellites de « communiquer entre eux dans le ciel » et résolvant le goulot d'étranglement qui limitait le réseau mondial de Beidou.

▲Beidou-3 est en cours d'assemblage final sur le site de lancement (Photo courtoisie de l'Institut d'innovation des microsatellites, Académie chinoise des sciences)

Après le succès du premier satellite d'essai, l'équipe a également réalisé des avancées majeures dans le domaine du diagnostic et de la réparation autonomes des satellites lors du développement ultérieur du satellite de réseau mondial Beidou-3, conférant à ce dernier des capacités d'« autodiagnostic et d'autoréparation ». Les satellites peuvent ainsi effectuer des diagnostics de santé, des localisations de pannes et des réparations autonomes sans intervention au sol, ce qui améliore considérablement leur disponibilité.

De plus, Beidou-3 a également utilisé pour la première fois un amplificateur à semi-conducteurs haute puissance à base de nitrure de gallium pour améliorer efficacement la qualité du signal ; il a révolutionné la technologie de commutation temps-fréquence sans coupure de haute précision, jetant les bases d’une continuité élevée des signaux du système global ; il a adopté l’architecture nationale Loongson + FLASH, comblant le manque de processeurs aérospatiaux nationaux et réalisant la localisation de tous les dispositifs centraux, stimulant ainsi le développement de toute la chaîne industrielle.

Tout en assistant au lancement réussi du dernier satellite de communication mondial Beidou-3, cette équipe a entamé une nouvelle étape. Conformément aux besoins stratégiques de navigation de mon pays, un système de positionnement, de navigation et de synchronisation intégré plus étendu, plus intégré et plus intelligent sera mis en place d'ici 2035. Elle poursuivra ses efforts pour le développement de la prochaine génération de satellites de navigation.

Créer un « cœur » fort pour Beidou

Il faut 6 millions d'années pour obtenir une erreur d'une seconde.

Les informations de temps et de localisation spatiale constituent des ressources stratégiques importantes pour un pays. L'obtention d'informations de position et d'heure précises sur le satellite sont les deux paramètres fondamentaux des satellites de navigation ; une différence de temps d'un milliardième de seconde (1 nanoseconde) entraîne une erreur de distance de 0.3 mètre.

Pour atteindre une précision de navigation et de positionnement de l'ordre du décimètre et du centimètre, les satellites Beidou doivent disposer d'un « cœur » robuste et fiable – une horloge atomique embarquée – et d'un « cerveau » performant et précis – un système de traitement de l'information.

En 2002, l'Observatoire de Shanghai de l'Académie chinoise des sciences a lancé des recherches sur les horloges atomiques à hydrogène passives embarquées, s'appuyant sur des années de développement d'horloges atomiques à hydrogène actives au sol. En 2015, la première horloge atomique à hydrogène spatiale chinoise, conçue par cet observateur, a été lancée avec la nouvelle génération de satellites de navigation Beidou.

▲Maquette prototype de l'horloge atomique à hydrogène embarquée sur Beidou-3 (photo courtoisie de l'Observatoire de Shanghai)

Au cours des cinq dernières années, les performances des horloges à hydrogène qui ont suivi les satellites Beidou dans l'espace ont été continuellement améliorées, et les composants, les matières premières et les technologies de base ont été entièrement contrôlés de manière indépendante.Cette fois-ci, une horloge à hydrogène fournie par l'Observatoire de Shanghai a suivi la « Final Star » dans l'espace. Sa précision atteint une erreur inférieure à une nanoseconde par jour, soit l'équivalent d'une seconde d'erreur en six millions d'années. Elle figure actuellement parmi les horloges atomiques les plus performantes en orbite.

Alors que Beidou touche à sa fin, des chercheurs de l'Observatoire de Shanghai ont mis au point un système allégé pour son horloge à hydrogène : ils sont parvenus à réduire son poids de 23 à 13 kilogrammes. Trois unités seront livrées aux utilisateurs d'ici la fin de l'année pour être intégrées aux satellites du réseau Beidou l'année prochaine.

▲Des chercheurs scientifiques de l'Observatoire de Shanghai testent l'horloge à hydrogène en cours de développement (Photo courtoisie de l'Observatoire de Shanghai)

Un cœur solide exige aussi un cerveau performant. L'Observatoire de Shanghai a développé pour Beidou un système de positionnement ultra-performant, capable de corriger les erreurs en temps réel et doté de multiples systèmes de secours afin de répondre aux exigences de rapidité, de précision et de stabilité.

Afin de construire le « cerveau le plus puissant », Hu Xiaogong, directeur technique du système de traitement de l'information de l'Observatoire de Shanghai de l'Académie chinoise des sciences, a conduit l'équipe à travers une transformation douloureuse « de scientifiques à ingénieurs ».

En tentant d'appliquer les formules laissées par Newton et Einstein pour calculer les corps célestes naturels aux calculs d'orbite de corps célestes artificiels tels que les satellites en orbite, ils se sont heurtés à de trop nombreuses situations inattendues.Ils ont surmonté de nombreux obstacles et ont proposé et mis en œuvre, pour la première fois au monde, la technologie de détermination d'orbite de précision conjointe satellite-sol-satellite basée sur un réseau de surveillance régional et une liaison inter-satellites. Ils ont également conçu un algorithme spécifique et ont finalement atteint les performances de positionnement précis de Beidou-3.

Afin d'améliorer encore la précision du système Beidou, l'Observatoire de Shanghai a mis au point un système laser spécial, véritable « règle du ciel », premier système de télémétrie laser satellitaire mobile et opérationnel 24 h/24 en Chine. D'une portée maximale de 38 800 kilomètres, il a permis de réaliser avec succès des mesures de distance au centimètre près des satellites Beidou. Ces avancées ont joué un rôle essentiel et irremplaçable dans la mise en œuvre des services mondiaux de navigation par satellite Beidou en Chine.

Renforcement des fondations

Rendez les services de géolocalisation aussi pratiques qu'Internet

Si l'Institut de recherche MicroStar et l'Observatoire de Shanghai travaillent d'arrache-pied à la construction du système de navigation Beidou, Qianxun Position, une entreprise de haute technologie de Shanghai, utilise le cloud computing, le traitement des mégadonnées et ses propres algorithmes performants pour transformer les « signaux Beidou » en une expérience de service pratique comparable à l'utilisation d'Internet mobile.

Le positionnement au centimètre près, la détection au millimètre près et la synchronisation à la nanoseconde près sont les résultats obtenus par le nouveau système que Qianxun Positioning a mis au point pour le domaine de la navigation par satellite mondiale au cours des cinq dernières années.En 2019, les services de haute précision de ce système pouvaient couvrir la plupart des régions du pays, à l'exception des zones inhabitées.

▲Image de démonstration du fonctionnement d'un drone de protection des cultures agricoles, présentée par le système de positionnement Qianxun Position. La précision de positionnement atteint le centimètre, ce qui permet de réduire efficacement la quantité de pesticides pulvérisés (image fournie par Qianxun Position).

« Beidou a achevé le déploiement de son réseau mondial. Nous proposerons simultanément des services améliorés à l'échelle mondiale d'ici la fin de l'année, et l'ensemble de la liaison sera compatible avec les signaux les plus récents de Beidou-3. » Chen Jinpei, PDG de Qianxun Position, a déclaré que les deux produits phares de l'entreprise prennent actuellement en charge ces signaux.

À partir de novembre 2019, Qianxun Position a remplacé l'équipement principal de la station d'amélioration au sol du satellite Beidou par le serveur spatio-temporel « Qianlong », développé en interne, afin d'améliorer les capacités de traitement de tous les signaux du service public de navigation par satellite, y compris Beidou-3. Les travaux de remplacement sont presque terminés.

Suite au lancement réussi du satellite du réseau mondial Beidou, Chen Jinpei est convaincu qu'un marché plus vaste verra bientôt le jour. « Dans les trois prochaines années, Beidou accélérera son développement et desservira plus d'un milliard d'utilisateurs. »

Ces cinq dernières années, Qianxun Positioning a collaboré étroitement avec les principaux fabricants de puces et partenaires industriels mondiaux afin d'intégrer la technologie de positionnement de haute précision Beidou à la 5G et à l'intelligence artificielle dans des domaines tels que la conduite autonome, la modernisation industrielle, la topographie et la cartographie, les villes intelligentes et les services publics, dans le but de favoriser le déploiement des applications Beidou. Six modèles de véhicules autonomes équipés de la technologie de positionnement de haute précision Beidou devraient être produits en série et commercialisés cette année.

▲Image de démonstration du système de géolocalisation Qianxun. À l'avenir, chaque véhicule sera géolocalisé avec précision (heure et espace) afin d'optimiser la collaboration véhicule-route (image fournie par Qianxun Position).

Beidou Navigation a ouvert un monde de possibilités. En 2019, Qianxun Positioning a lancé le concours « Beidou Intelligent Maker », offrant des plateformes technologiques dédiées et permettant à diverses entreprises et personnes innovantes de participer au développement d'applications exploitant les capacités de positionnement de haute précision. De ce fait, 40 % des participants étaient nés après 1995 et 70 % avaient moins de 35 ans.

Le 23 juin marque la fin du réseau mondial du système Beidou et le début d'une nouvelle ère pour les applications de navigation Beidou.

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