Le 16 décembre la Chine a mis en orbite 2 nouveaux satellites de son système de navigation Beidou 北斗 (Grande Ourse).

Lancés par une fusée Longue Marche 3A, à partir du site de Xichang, 330 km au sud de Chengdu au Sichuan, ils sont, avec deux derniers encore à venir en 2020, les ultimes éléments de la 3^e phase (BDS 3) du système de positionnement spatial chinois.

Ce dernier dont une partie des services universels fonctionnent depuis la fin 2018, devrait être entièrement opérationnel au cours du premier semestre 2020 avec une nébuleuse de satellites dont le nombre sera supérieur d’au moins 2 satellites à celui du système GPS américain qui en comporte 33. (Le nombre de satellites du GPS en fonctionnement simultané varie. Il est au moins de 24.)

Le système en constante amélioration est évolutif et le nombre de satellites augmente (voir la note de contexte). Contrairement au GPS, Beidou repose sur la double transmission de signaux des satellites vers la terre et retour. Cette caractéristique constitue une vulnérabilité.

Selon Wang Ping, l’ingénieur en charge de la mise au point les satellites, interviewé par CCTV, la réalisation complète du programme Beidou en 2020 qui étendra la couverture à toute la planète, mettra un terme à la dépendance au système GPS américain de navigation et de positionnement.

Ce n’est pas fini. Dans une interview à GPS World Magazine publiée le 13 décembre, Yang Changfeng, responsable du programme dont la Phase 1 a été lancée en 2000, ciblait l’échéance de 2035. « A cette date » dit-il, le système offrira « des services de positionnement, de navigation et de chronométrage plus universels, intégrés et intelligents ».

Une montée en puissance rapide de la 3^e phase.

Depuis janvier 2019, la mise en orbite des satellites a été accélérée. 3 sur une orbite géosynchrone inclinée ; 6 sur une orbite médiane (dont les 2 lancés le 16 décembre). D’ici la mi-2020, deux autres seront lancés en orbite géosynchrone. Ils porteront le nombre de satellites à 35 et complèteront la 3^e phase de Beidou. Cette dernière a amélioré les performances de précision et de fiabilité de 30%.

La portée du système a été étendue de la région Asie-Pacifique à toute la planète, avec une précision de 2,4 m horizontale et 4,3 m en altitude. La précision des mesures de vitesse est de 0,05 m/s et la synchronisation des horloges atomiques est à 9,8 nanosecondes.

L’accélération du programme a également concerné les stations au sol dont 12 unités ont été construites dans la seule année 2019. Le segment au sol du système comprend 1) 24 stations de surveillance, 2) La station de commande principale (SCP) qui recueille et traite les données des stations de surveillance et 3) les stations d’émission vers l’espace qui les transmettent.

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Depuis le milieu des années 2000 Pékin s’efforce de faire la promotion de son système. En 2017, le rapport américain sur la relation économique sino-américaine et ses implications de sécurité (China Economic and Security Review Commission (USCC) research report) confirmait que les pays, parties aux « Nouvelles routes de la soie » étaient l’objet d’incitations pour qu’ils utilisent le système Beidou.

Ainsi Pékin aurait accordé une aide financière à la Thaïlande, au Pakistan, au Cambodge et au Laos échange de terrains pour l’installation d’un millier de stations au sol. En même temps, le rapport affirme que le GPS et BeiDou ne seront pas nécessairement en compétition.

« En termes économiques, les signaux GPS et BeiDou sont tous deux gratuits et ne sont pas en concurrence commerciale. Ce développement apportera une plus grande précision aux consommateurs à un coût marginal minimal. »

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Note de contexte sur le positionnement spatial.

La haute précision du GPS américain est globalement libre d’accès depuis 2000. Toutefois, conçu par et pour l’armée américaine, il reste sous le contrôle conjoint du Pentagone et de la Maison Blanche.

Sa précision de l’ordre 3 à 5 m pourrait être dégradée à tout moment sur décision de Washington. Le risque qui impliquerait également une perturbation de la synchronisation de l’heure des réseaux de téléphonie mobile, fut le principal moteur des études européennes, russes et chinoises pour la mise en place des systèmes alternatifs Galileo, Glonass et Beidou.

Ce qui n’empêche pas que les systèmes Galileo, Glonass et GPS deviennent de plus en plus compatibles. En novembre 2017, un communiqué conjoint annonçait que BDS chinois et le GPS américain étaient interopérables.

Galileo et Glonass.

Selon L’Usine Nouvelle, l’agence européenne GSA (European Global Navigation Satellite Systems Agency), le 9 septembre dernier, le système de navigation et de localisation européen Galileo a, 15 ans après le lancement du programme, passé le cap du milliard d’utilisateurs de téléphones portables. (note de la rédaction : le nombre d’utilisateurs du GPS américain est de 7 milliards).

26 satellites sont en orbite. Ils devraient être portés à 30 en 2020. La précision annoncée est de 1 m.

Dans un récent entretien au Parisien, le président du CNES, Jean-Yves Le Gall, estimait que « d’ici 3 à 4 ans, Galileo, (note de la rédaction : seul système dont le financement est entièrement civil), sera le premier système mondial de navigation ».

Jean-Yves Le Gall considérait aussi que la panne ayant affecté le système européen du 11 au 18 juillet 2019 provoquant l’interruption des services de navigation et de synchronisation, est un incident technique que subissent également le GPS et Beidou.

Quant au système russe GLONASS, (Acronyme pour Global Navigation Satellite System), 100% opérationnel depuis 2011 avec 24 satellites + 2 en réserve, il est lui aussi « évolutif ».

Depuis 2000, il bénéficie de budgets renforcés et progresse vers une couverture globale malgré des accidents de parcours, comme en décembre 2010 et juillet 2013, quand les lanceurs Proton-M se sont écrasés au sol au décollage de Baïkonour.

Précision et fiabilité.

Tous les systèmes de positionnement par satellite sont évolutifs. Leur amélioration qui dépend des budgets alloués, est une course à la précision et à la fiabilité. Leur principe dont le point clé est la synchronisation des horloges atomiques embarquées à bord des satellites, est le même pour tous les systèmes.

Il repose sur la trilatération dans l’espace des signaux d’au moins 4 satellites transmis aux récepteurs avec une heure et une distance aussi précises que possibles. Ces données doivent être corrigés des erreurs dues à la vitesse de déplacement des satellites (14 000 km/h) et de celles dues à la modification du champ gravitationnel en altitude qui ralentit l’écoulement du temps à l’origine du décalage des horloges embarquées.

C’est bien les progrès dans ces domaines qui fondent l’amélioration de la précision. Si en théorie elle peut-être de l’ordre du décimètre, comme l’annoncent les Chinois, les perturbations décrites plus haut entraînent des erreurs. A titre indicatif, compte tenu de la vitesse de propagation des signaux, un décalage d’une microseconde entraîne une erreur au sol de 300 m.

Quant à la fiabilité – assurance d’un fonctionnement sans interruption – elle repose sur le nombre de satellites de réserve et sur la densité des stations au sol. Leur rôle est, entre autres, de vérifier les transmissions, de resynchroniser les horloges et de rectifier les orbites.

L’Europe de l’espace. Une lente prise de conscience des enjeux

Le rapport d’information au sénat (document PDF) sur la politique spatiale européenne fait état des performances de Galileo, reconnu comme « bien plus performant que ses concurrents que sont le GPS américain, le Glonass russe et Beidou, le système chinois en cours de déploiement. » (…) Contrairement aux système concurrents GPS, GLONASS et BEIDOU, il est un système civil, « interopérable avec les systèmes existants américain et russe. » (…)

En complément de Galileo, le rapport évoque, EGNOS (acronyme anglais pour Service Complémentaire Européen de Navigation par Satellites Géostationnaires).

« S’appuyant sur un ensemble de stations au sol, EGNOS améliore les performances des systèmes de géolocalisation par satellite en utilisant le principe du GPS différentiel, permettant de corriger les erreurs dues aux écarts entre les données fournies par les satellites et les positions réelles connues. EGNOS améliore ainsi les performances du GPS, de Glonass et de Galileo. »

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Pour autant, après avoir signalé les succès des Européens dans l’espace, le rapport du Sénat souligne le défaut de financement institutionnel européen au regard des efforts consentis par la Chine et surtout les États-Unis.

« L’Union européenne a fait le choix de favoriser le marché au détriment d’un soutien consolidé à l’industrie spatiale. On constate aujourd’hui les conséquences d’une telle orientation. Certes les entreprises européennes développent les technologies les plus performantes et gagnent des marchés, mais le spatial européen dans son ensemble perd du terrain face aux États-Unis et à la Chine, qui ont adopté une stratégie toute différente. » (…)

« Ces pays ont effectué les deux tiers des 114 lancements dans le monde en 2018. La Chine en a effectué 39 et les États-Unis 34, contre seulement 11 pour l’Europe. Surtout, les deux grandes puissances ont apporté un soutien institutionnel important à ces lancements, leur assurant un débouché commercial certain : 95% des lancements en Chine et 56% des lancements aux États-Unis ont été des lancements institutionnels.(…) »

« Une telle commande n’existe pas en Europe : le budget des lancements institutionnels aux États-Unis est de 5 milliards de dollars par an, soit environ 4,4 M^ds d’€. Le soutien européen est, en comparaison, très faible : en moyenne 0,3 à 0,5 M^ds€ par an. ».

La dernière page du rapport présente schématiquement les écarts des financements institutionnels (Chiffres 2017 – 2018).

Contrairement aux idées reçues sur la montée en puissance concurrente de la Chine, ils révèlent toujours une forte suprématie américaine. Les budgets institutionnels sont de 36 M^ds de $ aux États-Unis ; de 5 M^ds en Chine, de 3 M^ds en Russie, de 3 M^ds au Japon et de 1 M^ds en Inde.

Ceux de l’Europe sont éclatés entre la Commission, l’Agence Spatiale européenne et les pays membres. Au total ils s’élèvent à : 12,09 M^ds de $, somme des budgets nationaux, auxquels il faut ajouter 1,9 M^ds de $ de l’UE et 4,8 M^ds de l’Agence Spatiale européenne, soit 18,7 M^ds de $.

Alors que Washington et Pékin sont sur le point de s’engager dans une compétition pour la maitrise militaire de l’espace avec cependant des moyens financiers américains 7 fois plus importants, Paris a milité pour instiller en Europe le sens de l’urgence stratégique des programmes spatiaux. Ses efforts ont porté leurs fruits.

Le 29 novembre 2019, après deux jours de négociations, les ministres des affaires spatiales des États membres de l’Agence spatiale européenne et du Canada ont entériné un budget de 14,4 milliards d’euros pour la période 2020-2024. L’effort est inédit. Les contributions annoncées sont de 3,3 milliards d’€ par l’Allemagne (1^er contributeur), de 2,66 milliards d’€ par la France et de 2,28 M^ds d’€ par l’Italie.