Grandes Constellations de Satellites : Enjeux et Impacts - Institut Polytechnique de Paris Access content directly
Reports (Technical Expertise Report) Year : 2024

Large Satellite Constellations: Challenges and Impact

Grandes Constellations de Satellites : Enjeux et Impacts

Abstract

The New Space Age (NewSpace) marks the advent of a new era in the use of space, characterized by the opening of space to new players, the use of new space technologies, new functionalities for satellites in orbit, and the development of satellite constellations, mainly in the fields of communications and Earth observation. These developments are underpinned by first-rate scientific and technological advances, as well as considerable public and private investment, in particular in the USA, China and, to a lesser extent, Europe. Fleets of small low- and medium-orbit satellites are replacing or complementing the large geostationary satellites that predominated in the previous period. Whereas space used to be reserved for a small number of states and major industrial groups, one is now witnessing the emergence of new space states, new industrial groups such as SpaceX or Amazon, and many start-ups. One also observes the emergence of companies with launching and satellite manufacturing capacities, which are also taking on the role of telecommunication operators and content producers. The most visible result of the deployment of these new space networks is the ability to provide high-speed, low-latency Internet connections to any point on the globe. Combined with Earth observation capabilities, these new communications resources also enable real-time action to be taken in any region, including those with no equipment other than terminals. In addition, these space networks are remarkably resilient compared with terrestrial networks. Geostrategic and military considerations combine with rapidly evolving business models to explain the massive investments currently being made in this domain. However, the lack of international regulation of the field is leading to a race to occupy orbits and frequencies, which has already had serious consequences for a whole range of scientific activities. These constellations have a potentially negative impact on astronomy in the visible and infrared optical domains, as well as on radio astronomy. They also raise a major problem in terms of space congestion, with an increase in the amounts of satellite debris resulting from launches or collisions between satellites, and the possibility of reaching a phase of chain reaction collisions. In addition, from an environmental point of view, the consequences of the proliferation of launches and uncontrolled re-entries into the atmosphere are equally worrying. What’s more, this lack of regulation in the field also leads to a loss of sovereignty, since these new satellite communication networks do not comply with any of the rules that states impose on terrestrial communication networks operating on their territories. A sustainable, global solution must be found to these problems, before major and potentially irreversible damage is inflicted on the planet’s environment, geostrategic balances, democracy, and science. While the Acad´emie des Sciences considers that France and Europe need to step up their scientific and industrial actions in this field in order to benefit from the remarkable advances of these new networks, and ultimately leverage the benefits of a resilient and secure communications network, the Acad´emie also recommends working in parallel to strengthen regulation of the field with the aim of assuring sustainable access to orbital and frequency resources, as well as protection for negatively impacted fields, foremost among which are astronomy and the environment.
Le nouvel âge spatial (NewSpace) marque l’avènement d’une ère nouvelle dans l’utilisation de l’espace caractérisée par une ouverture de l’espace à de nouveaux acteurs fondée sur de nouvelles technologies spatiales, par de nouvelles fonctionnalités pour les satellites mis en orbite et par le développement de constellations de satellites, principalement dans les domaines des communications et de l’observation de la Terre. Ces développements s’appuient sur des avancées scientifiques et technologiques de premier plan ainsi que sur des investissements publics et privés considérables, notamment aux États-Unis, en Chine et dans une moindre mesure en Europe. Des flottes de petits satellites en orbite basse ou moyenne viennent remplacer ou s’ajouter aux grands satellites géostationnaires qui prédominaient dans la phase précédente. Alors que l’espace était auparavant réservé à un petit nombre d’États et de grands groupes industriels, on observe actuellement l’émergence de nouveaux États spatiaux, de nouveaux groupes industriels comme SpaceX ou Amazon, ainsi que d’un grand nombre de jeunes pousses. On note l’émergence d’entreprises disposant de capacités de lancement, de fabrication de satellites et qui prennent également le rôle d’opérateurs de télécommunications et de producteurs de contenu. Le résultat le plus visible du déploiement de ces nouveaux réseaux spatiaux est de permettre des connexions Internet à haut débit et faible latence en tout point du globe terrestre. Combinés à des capacités d’observation de la Terre, ces nouveaux moyens de communications permettent aussi d’agir en temps-réel dans toute région, y compris dans celles dépourvues d’équipements autres que les terminaux. Ces réseaux spatiaux ont, de plus, de remarquables propriétés de résilience en comparaison des réseaux terrestres. Des considérations géostratégiques et militaires se combinent donc avec des modèles économiques en évolution rapide pour expliquer les investissements massifs en cours dans ce domaine. Toutefois, l’absence de régulation internationale du domaine conduit à une course pour l’occupation des orbites et des fréquences, course qui a déjà de graves conséquences sur tout un ensemble de domaines. Ces constellations auront potentiellement un impact très négatif sur l’astronomie dans le domaine optique visible et infrarouge ainsi que sur la radioastronomie. Elles posent aussi un problème majeur qui est celui de l’encombrement de l’espace avec l’augmentation du nombre des débris satellisés issus des lancements ou des collisions entre satellites et avec la possible atteinte d’une phase de collisions en chaîne. De plus, d’un point de vue environnemental, les conséquences d’une multiplication des lancements et des rentrées incontrôlées dans l’atmosphère sont, elles aussi, préoccupantes. Par ailleurs, cette absence de régulation du domaine conduit aussi à une perte de souveraineté puisque ces nouveaux réseaux de communications satellitaires n’appliquent aucune des règles que les États imposent aux réseaux de communications terrestres opérant sur leurs territoires. Une solution durable et globale doit être apportée à ces problèmes, avant que des dommages majeurs et potentiellement irréversibles soient infligés à l’environnement de la planète, aux équilibres géostratégiques, à la démocratie et à la science. Si l’Académie des sciences considère que la France et l’Europe doivent renforcer leurs actions scientifiques et industrielles dans ce domaine pour pouvoir bénéficier des avancées remarquables de ces nouveaux réseaux et disposer à terme d’un réseau de communication résilient et sécurisé, elle recommande aussi de travailler en parallèle au renforcement de la régulation du domaine dans le but de garantir un accès durable aux ressources orbitales et fréquentielles, ainsi qu’une protection des domaines négativement impactés, au premier rang desquels l’astronomie et l’environnement.
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hal-04607907 , version 1 (11-06-2024)

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Cite

François Baccelli, Sébastien Candel, Guy Perrin, Jean-Loup Puget. Grandes Constellations de Satellites : Enjeux et Impacts. Académie des sciences. 2024. ⟨hal-04607907⟩

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