Conception, exigences et contraintes

Tout projet spatial répond à un enjeu : objectif scientifique, démonstration technologique... Il doit donc faire face à son lot d'exigences et de contraintes. Les exigences définissent les fonctions qu'un système ou un composant doit remplir. Elles répondent à la question "que fait ce système/composant ?". Les contraintes spécifient, quant à elles, ce que le système doit être. Elles sont généralement des limitations du système.

Cette situation est encore plus vraie pour les projets spatiaux. Les erreurs commises sont le plus souvent irréversibles et irratrapables une fois que le système est lancé. Il faut ainsi :

• remplir des exigences mission,
• prendre en compte toutes les contraintes technologiques, d'environnement spatial, de lancement et des moyens sols,
• respecter les règlements,
• proposer des compromis performance/coûts et d'éventuelles modifications des exigences.

Les exigences mission dépendent du type de satellite considéré, mais le principe est toujours le même : un besoin est exprimé auquel le satellite va essayer de répondre. Se faisant, un type d'orbite va être identifié :

• terrestre : basse, héliosynchrone, géostationnaire, excentrique ;
• non-terrestre : au point de Lagrange, solaire, interplanétaire.

De ce choix découle un système de lancement, ou lanceur. La charge utile embarquée doit ensuite répondre aux exigences mission tout en prenant en compte les contraintes imposées par le système de lancement (volume et masse disponibles, interfaces) et l'environnement orbital. Toutes ces questions se posent bien entendues également pour la plate-forme, qui devra s'adapter à la charge utile choisie (ou inversement, si le choix est fait d'utiliser une plate-forme standardisée).

L'environnement spatial présente de nombreuses spécificités qui doivent être prises en compte dès le début du développement :

• le vide,
• l'apesanteur,
• les forts contrastes de température et l'absence de convection thermique,
• les effets des rayonnements électromagnétiques et des particules chargées énergétiques,
• la présence d'oxygène atomique qui est un agent chimique agressif,
• la collision possible avec des débris ou des micrométéorites,
• l'impossibilité d'accéder au satellite une fois en orbite (sauf cas exceptionnel).

Outre ces aspects négatifs, l'environnement peut également être mis à profit pour certaines fonctions :

• contrôler l'attitude avec le gradient de gravité, la pression de radiation solaire ou le champ magnétique local,
• contrôler l'orbite avec le freinage atmosphérique,
• refroidir des composants avec le fond du ciel à 3 K.

Que le programme soit public ou privé, la question du coût reste centrale. Ce coût doit prendre en compte le lancement, le segment spatial (durée de fabrication, des essais…), le système sol et des opérations. Il est ensuite amorti sur la durée de vie du système.

Des règlements nationaux et internationaux imposent des restrictions, notamment en termes de fréquences de télécommunication. La bande de fréquence utilisée doit avoir été définie en amont. Dans certains cas (satellite GEO) la notion de compatibilité électromagnétique implique de ne pas perturber les satellites voisins. La gestion d'un satellite en fin de vie est de plus en plus importante du fait de la prolifération des débris en orbite terrestre. Ainsi en France, la Loi sur les Opérations Spatiales (LOS) réglemente ces aspects.