Innovation : module antennaire à dépointage de faisceau pour applications spatiales en orbite basse

Innovation, Recherche Numérique

Les satellites en orbite terrestre basse (LEO – Low Earth Orbit) occupent une place croissante dans les communications spatiales, l’observation de la Terre et les missions scientifiques. Leur proximité avec la surface terrestre confère de nombreux avantages tout en imposant des contraintes sévères sur les systèmes embarqués, notamment les antennes, qui doivent allier hautes performances, transmission efficace des signaux radio, consommation énergétique réduite et coût maîtrisé.

Dans ce contexte, une équipe de chercheurs de l’ENSTA campus de Brest, de l’Université de Bretagne Occidentale (UBO), membres du laboratoire Lab-STICC, a développé et breveté avec le Ministère des Armées, un module antennaire innovant, permettant un dépointage 2D du faisceau tout en présentant une complexité réduite et une efficacité énergétique importante.  

Des enjeux forts pour les communications en orbite basse

Les satellites LEO se déplacent rapidement par rapport à la surface de la Terre. Ce défilement permanent rend plus difficile le maintien d’un lien radio efficace avec une station au sol, en particulier lorsque l’antenne embarquée présente un faisceau fixe. Dans ce contexte, la capacité à orienter le lobe principal de l’antenne devient un enjeu clé pour assurer des communications fiables au cours du passage du satellite, afin d’exploiter au mieux les fenêtres de communication disponibles.

Les solutions d’antenne aujourd’hui utilisées reposent souvent sur des architectures complexes, faisant appel à de nombreux éléments électroniques actifs et passifs pour orienter le faisceau. Si ces approches offrent une grande souplesse d’utilisation, elles impliquent également une forte complexité de conception, une intégration délicate et des pertes qu’il faut compenser par des dispositifs actifs entrainant une consommation élevée. 

De gauche à droite, les inventeurs du système : Raafat Lababidi, Hadi Hijazi, Marc Le Roy, André Perennec (absent : Denis Le Jeune).

Une innovation technologique pour améliorer les performances : dépointage de faisceau agile, complexité minimisée et efficacité énergétique optimisée

L’innovation brevetée repose sur une antenne à ondes de fuite dont la géométrie a été entièrement repensée. Elle se présente sous la forme d’un module antennaire autonome, conçu pour en faciliter l’intégration à bord d’un satellite.

Il en découle une architecture allégée, dont deux versions ont été brevetées, permettant un dépointage continu du faisceau radio en azimut et soit continu, soit discret en élévation, grâce à un simple mécanisme de rotation, sans recours à des réseaux d’antennes complexes ni à une électronique de commande lourde. Ces versions offrent une adaptabilité optimale aux exigences spécifiques de chaque mission. Cette approche permet d’atteindre une haute efficacité énergétique de l’antenne, en limitant les pertes radio, tout en conservant d’excellentes performances.

L’objectif était de proposer une solution d’antenne à la fois efficace et maîtrisée, capable de répondre aux contraintes des plateformes spatiales modernes sans recourir à des architectures excessivement complexes et couteuse. Cette approche repose sur une topologie d’antenne modulable, dont les caractéristiques peuvent être adaptées à différents usages.

expliquent Raafat Lababidi, Enseignant-Chercheur, et Hadi Hijazi, Ingénieur de Recherche, à l’ENSTA.

Vers une maturation technologique

Afin de poursuivre ces travaux et de rapprocher cette innovation des conditions d’utilisation réelles, l’équipe envisage aujourd’hui un projet de maturation. L’objectif est de consolider les études, de valider la technologie afin d’en préparer son intégration dans des systèmes opérationnels.

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