Place au GPS bis : les satellites de navigation en orbite basse reviennent en force avec des signaux 100 fois plus puissants
Image à la une : Concept artistique d’un satellite Xona Pulsar en orbite terrestre basse ; crédit : Xona Space Systems
Depuis plus de trois décennies, le GPS est le pilier silencieux de la civilisation moderne, guidant tout, des atterrissages d’avions aux applications de cartographie sur smartphone. Mais ses signaux, émis depuis 20 200 kilomètres d’altitude, sont d’une faiblesse extrême. Un simple brouilleur à 30 dollars peut les bloquer sur tout un pâté de maisons. En Ukraine, la guerre électronique russe a rendu inefficaces les munitions guidées par GPS.
Aujourd’hui, une nouvelle génération de satellites de navigation effectue son retour en se rapprochant de la Terre. Startups et agences spatiales déploient des charges utiles de navigation en orbite basse, à environ 1 080 kilomètres d’altitude, où les signaux arrivent 100 fois plus forts que le GPS et peuvent pénétrer les bâtiments, la canopée forestière et les interférences délibérées.
« Les satellites de navigation en LEO offrent une puissance de signal 100 fois supérieure à celle du GPS », rapporte Jeremy Hsu dans l’article d’Ars Technica du 16 juillet consacré à cette industrie émergente.
La constellation Pulsar de Xona
Le principal acteur commercial est Xona Space Systems, une startup basée à Burlingame, en Californie, fondée en 2019 par des vétérans de SpaceX et Blue Origin. L’entreprise prévoit de déployer 258 satellites Pulsar en LEO, offrant un positionnement centimétrique avec une protection cryptographique anti-usurpation.
L’avantage en puissance de signal est spectaculaire. Les signaux Pulsar sont 100 fois plus puissants que le signal civil GPS L1 C/A, réduisant la zone d’efficacité d’un brouilleur de 95 pour cent. Lors de tests de brouillage en conditions réelles menés dans plusieurs pays, le système a maintenu un positionnement précis là où le GPS était totalement bloqué. Le système permet également le positionnement en intérieur et la navigation en canyon urbain, ce que le GPS ne peut pas accomplir.
Les satellites Xona fonctionnent sur des fréquences double bande adjacentes aux GPS L1 et L5, utilisant un schéma de modulation qui concentre la puissance dans le lobe central pour éviter d’interférer avec les services GNSS existants. Le système est rétrocompatible avec les récepteurs GPS existants via une mise à jour du firmware ou du logiciel, ce qui signifie que les utilisateurs n’ont pas besoin de nouveau matériel.
L’entreprise a levé plus de 150 millions de dollars en huit tours auprès d’investisseurs dont Craft Ventures, Mohari Ventures, Toyota Ventures, Lockheed Martin Ventures et Trimble Ventures, ainsi qu’une prime de 20 millions de dollars de l’US Space Force.
De Transit à Pulsar
Le concept de navigation LEO n’est pas nouveau. Le système Transit de l’US Navy, opérationnel de 1964 aux années 1990, utilisait 36 satellites LEO pour fournir un positionnement aux sous-marins Polaris grâce à des mesures d’effet Doppler. Mais Transit ne pouvait fixer les positions qu’une à deux heures, ce qui le rendait inutilisable pour la navigation en temps réel. Le GPS l’a remplacé par 24 à 31 satellites en orbite terrestre moyenne offrant une couverture continue.
Ce qui a changé, c’est le coût de lancement. L’effondrement des prix de mise en orbite provoqué par SpaceX rend économiquement viable la construction et la maintenance d’une constellation de 258 satellites LEO, chose financièrement impossible il y a une décennie.
Comment fonctionne la technologie
La proximité de la LEO avec la Terre constitue l’avantage principal. À environ 1 080 kilomètres, les satellites Pulsar sont environ 20 fois plus proches que les satellites GPS à 20 200 kilomètres. Comme la puissance du signal suit la loi en carré inverse, cette différence se traduit par environ 100 fois plus de puissance de signal atteignant un récepteur au sol.
Le mouvement rapide des satellites LEO dans le ciel offre également un avantage : les récepteurs peuvent résoudre les ambiguïtés de phase de la porteuse en quelques secondes, au lieu des 10 minutes ou plus nécessaires pour le positionnement précis traditionnel par GPS.
La LEO évite également les ceintures de radiation de Van Allen, permettant l’utilisation de composants électroniques commerciaux standard et accélérant les mises à niveau technologiques. Xona a développé une architecture d’horloge distribuée brevetée qui élimine le besoin d’horloges atomiques embarquées.
La précision visée est de 2 centimètres horizontalement et 4 centimètres verticalement, avec une précision temporelle inférieure à 10 nanosecondes. Un filigrane d’authentification cryptographique, déjà démontré sur le satellite test Pulsar-0 de l’entreprise, empêche l’usurpation d’identité.
Calendrier de déploiement
Le premier satellite de démonstration de Xona, Huginn, a été lancé en mai 2022. Son premier satellite de production, Pulsar-0, a été lancé en juin 2025 et a atteint une erreur de distance utilisateur en signal de seulement 43 millimètres, ensuite améliorée à 15 millimètres via une mise à jour logicielle.
Les six premiers satellites de production, deux construits en interne et quatre sous contrat chez Aerospacelab en Belgique, doivent être lancés en octobre 2026. Un service commercial précoce devrait commencer en 2027 avec une couverture aux latitudes moyennes, pour s’étendre à une constellation complète de 258 satellites dans les années suivantes.
Défis et concurrence
Le plus grand défi est la taille de la constellation. La LEO nécessite environ 10 fois plus de satellites que la MEO pour une couverture mondiale équivalente. La traînée atmosphérique à environ 1 080 kilomètres provoque une dégradation orbitale, nécessitant du propergol pour le maintien en station et un réapprovisionnement rapide, surtout en période de forte activité solaire.
Des lacunes de couverture subsistent avec moins de satellites. Un service temporel permanent nécessite au moins 16 satellites en vue pour les utilisateurs urbains, et un positionnement centimétrique en nécessite quatre ou plus.
La concurrence émerge. TrustPoint de Virginie prévoit une constellation de navigation LEO de 300 satellites utilisant les fréquences en bande C, visant un service en 2027. La mission ESA Celeste de l’Europe a capté son premier signal de navigation LEO en avril 2026. La Chine a des satellites expérimentaux LEO PNT en orbite.
Mais le contexte plus large pourrait être le principal moteur. Le brouillage GPS a atteint des niveaux records dans le monde entier, perturbant les vols commerciaux, le transport maritime et la navigation civile par smartphone. La guerre en Ukraine a démontré que même les armes les plus sophistiquées guidées par GPS peuvent être rendues inefficaces par la guerre électronique. Comme l’a déclaré Zak Kassas, chercheur en navigation à l’Université d’État de l’Ohio, à Ars Technica : « Nous avons besoin d’une couche supplémentaire de redondance. »
Traduit par Lydie