Alors que l’explosion du New Space et des constellations met en exergue le besoin de gérer durablement les orbites spatiales et que les opérateurs travaillent toujours sur la rentabilité de leurs systèmes spatiaux, de nouveaux services émergent visant à optimiser le cycle de vie des satellites directement en orbite.
Des fournisseurs sont déjà positionnés ou opérationnels sur certains services : l’extension de vie via le ravitaillement ou le maintien à poste du satellite grâce à un module de contrôle d’attitude et d’orbite ; l’inspection et la maintenance pour remplacer des composants défectueux ou obsolètes ; le transport permettant de déplacer des satellites après le lancement vers des orbites plus personnalisées ce qui libère la contrainte de se conformer aux orbites des charges utiles plus « prioritaires » dans le lanceur.
D’autres sont plus prospectifs, ou encore à l’état de preuve de concept : la gestion de la fin de vie des satellites pour réduire les risques d’impacts entre objets spatiaux et de génération de débris ; la mise à niveau du satellite en améliorant ses performances ou en changeant sa mission pour s’adapter à la demande ou faire face à une nouvelle concurrence, sans avoir besoin de lancer un nouveau système ; l’assemblage et la fabrication en orbite en s’affranchissant des limites de capacité d’emport de la coiffe du lanceur et des contraintes de gravité.
Les demandes que ces services, existant ou à venir, adressent et les enjeux associés varient considérablement en fonction de l’orbite du client.
Dans cet article, Alcimed explore les opportunités de marchés et les défis pour les fournisseurs de services en orbite selon les deux principaux types d’orbite : le LEO (orbite terrestre basse) et le GEO (orbite géostationnaire).
La dernière décennie a été marquée par la réduction des barrières en terme d’accès à l’espace permise par :
Avec cette facilité d’accès, le nombre de satellites en basse orbite dépassait les 8 100 unités en mai 2024 contre 4 700 en mai 20221. Cette accélération est portée par le déploiement de constellations d’Observation de la Terre (ex : Planet, Iceye, Capella Space, Spire, etc.) mais aussi et surtout par les mégaconstellations telecom (ex : Starlink de SpaceX, OneWeb d’Eutelsat group, Telesat LightSpeed, etc.).
Aujourd’hui, la facilité d’accès à l’espace en LEO qui permet de développer les usages du spatial n’est pas favorable à une utilisation des satellites sur une très longue durée. En effet, les opérateurs de satellites sont davantage incités à renouveler leurs satellites plutôt que de les maintenir ou d’étendre leur durée de vie.
Les satellites en LEO ont une durée de vie plutôt faible, et une valeur intrinsèque moindre que leurs homologues en orbite géostationnaire (GEO), souvent en dessous du million de dollar par satellite, ce qui rend leur réparation ou leur maintenance souvent peu rentable. Par conséquent, les opérateurs préfèrent lancer régulièrement de nouveaux satellites plus performants pour améliorer leur segment spatial de façon incrémentale.
De plus, les satellites LEO ont moins d’enjeux de consommation de carburant pour les maintenir à poste car ils dévient relativement peu de leurs orbites initiales contrairement au GEO, et ont donc peu d’intérêt envers les services de ravitaillement en carburant.
Un intérêt pour l’inspection, la maintenance et l’extension de vie en LEO pourrait cependant émerger à long terme lors de l’arrivée de nouveaux grands projets d’infrastructures spatiales coûteux et réalisés sur ces orbites tels que les stations spatiales, les stations solaires, les data centers ou des satellites scientifiques. Ce type de service pourrait donc permettre de réduire les risques et les coûts liés à l’intervention humaine d’astronautes par exemple, mais aussi de réduire les risques de défaillance grâce à des services d’inspection et de maintenance régulière.
En outre, ces grands projets pourraient créer un besoin pour des services d’assemblage en orbite pour de larges infrastructures spatiales (ex : modules, antennes, instruments, panneaux solaires, etc.) qui sont aujourd’hui limitées par la coiffe des lanceurs. Cependant, il pourra exister des alternatives avec l’arrivée de lanceurs super lourds comme le SLS et le Falcon Heavy pourrait limiter l’intérêt de ce type de service en réduisant les contraintes de conception et les coûts d’assemblage.
La croissance du nombre d’objets en orbite due aux nombreux lancements mais aussi aux débris oblige les acteurs à prendre davantage en compte le trafic en LEO. On estime aujourd’hui à 36 500 les débris de plus de 10 cm en LEO.
La réglementation évolue et contraint de plus en plus les opérateurs à prendre en compte la gestion de la fin de vie de leurs satellites pour libérer les orbites, en les relocalisant sur des orbites cimetières ou menant des opération de rentrée contrôlées dans l’atmosphère (il est important à cet égard de noter que des études sont en cours pour évaluer l’impact des particules émises en haute atmosphère par cette pratique sur le climat, notamment au National Oceanic and Atmospheric Administration Chemical Science Lab).
Les agences spatiales comme l’ESA, l’UKSA et la JAXA soutiennent le développement de nouveaux « désorbiteurs » comme Astroscale et ClearSpace qui ont déjà mené des premières démonstrations sur des orbites LEO.
Les opérateurs (particulièrement les opérateurs de constellations) prennent ainsi conscience de la valeur de leur orbite et du risque sur leurs activités si elles sont trop encombrées. La plupart optent cependant pour augmenter leurs capacités en carburant pour mener leurs opérations de fin de vie grâce à leur propre système de propulsion. Ces pratiques, courantes chez les opérateurs de constellation, limitent donc l’usage des services que pourraient apporter les désorbiteurs au seul cas de défaillance des systèmes de propulsion.
Les offres de lancement sont de plus en plus fréquentes avec une capacité de charge plus grande. Cependant, les opérateurs qui ne peuvent pas remplir à eux seuls un lanceur lourd ou même un micro-lanceur dédié, sont confrontés à un manque de flexibilité dans le positionnement de leur satellite par rapport aux autres satellites lancés en même temps qui sont prioritaires dans le choix de leur orbite et sont donc soumis aux contraintes orbitales de cette charge utile principale.
Par conséquent, certaines sociétés comme Exotrail, Exolaunch, Momentus ou D-Orbit ont développé des véhicules de transports orbitaux pour gérer la logistique du « dernier kilomètre » de la mise à poste. Ce véhicule est amarré dès le lancement au satellite client qu’il propulse jusqu’à son orbite finale.
Cependant, ces services de transport se heurtent principalement à la concurrence de systèmes de propulsions autonomes de plus en plus performants. Ces systèmes de propulsion propres à chaque satellite, de plus en plus légers, offrent une souplesse d’utilisation appréciée par les opérateurs en LEO. Ces systèmes intégrés peuvent servir notamment pour le positionnement des satellites, mais aussi leur sortie d’orbite.
Découvrez comment notre équipe peut vous accompagner dans vos projets liés au New Space >
En orbite géostationnaire, la dynamique diffère significativement. Le nombre de satellites en orbite géostationnaire est moindre, totalisant environ 550 unités opérationnelles en 2024 et une moyenne de 15 unités lancées par an.1https://orbit.ing-now.com/ Cependant, les coûts de production et les revenus en jeu sont considérablement plus élevés et la concurrence avec le LEO et le terrestre pousse les opérateurs GEO à revoir et optimiser la gestion de leurs infrastructures. Le marché du service en orbite pourrait donc être consolidé autour de quelques contrats clés, avec des montants plus élevés que le LEO.
Éviter une perte d’exploitation de satellites en orbite géostationnaire représente un défi majeur pour les opérateurs, en particulier dans le secteur des télécommunications. En effet, les durées d’exploitation des satellites en géostationnaire sont longues (souvent plus de 15 ans), ils peuvent donc rencontrer divers problèmes techniques sur des périodes de vie aussi prolongées. La valeur de la durée de vie de ces satellites coûteux en GEO est aussi bien plus grande qu’en LEO.
Dans cette perspective, des services de maintenance, d’extension de vie, ou de remplacements de pièces pourrait avoir un intérêt pour les opérateurs en orbite géostationnaire.
Certains services sont déjà opérationnels : l’entreprise Northrop Grumman a permis le ravitaillement de deux satellites Intelsat grâce à son MEV (Mission Extension Vehicle), en 2020 et 2021, prolongeant leur durée de vie de 5 ans. Ainsi, Intelsat 901 a vu passer sa durée de vie en orbite de 20 ans à 25 ans. Une période de cinq ans pendant laquelle le MEV-1 fournira ses services d’extension de vie, restant amarré à Intelsat 901, avant de le ramener sur l’orbite cimetière des satellites géostationnaires où il sera mis hors service définitivement… et de continuer pourquoi pas sur d’autres missions comparables, étant conçu pour une durée de vie d’au moins 15 ans. Le montant de l’opération étant de 65 millions US$, pour un satellite ayant couté plus de 300 millions US$ en 2001, le retour sur investissement devrait donc être assuré.
Ces services représenteraient donc des solutions viables, offrant non seulement la maintenance nécessaire pour garantir la performance optimale des satellites, mais également une approche économiquement rentable pour maximiser les investissements à long terme.
De plus, la concurrence des mégaconstellations en LEO et des réseaux terrestres sur les satellites GEO suscite l’intérêt pour davantage de flexibilité dans les missions. Les services en orbite de mise à niveaux des satellites GEO pourraient donc y trouver leur place, pour adapter les performances au marché et demandes des opérateurs.
En outre, la conception de ces satellites devra être repensée avec des approches plus modulables afin de faciliter les opérations en orbite. Ces nouvelles approches de conception pourraient aller jusqu’à à des applications d’assemblage des satellites directement en orbite afin de réduire les couts de développement, et de s’affranchir des contraintes de conception imposées par la coiffe du lanceur.
Bien que le nombre d’objets présents en GEO soit bien inférieur à celui du LEO, le risque de collision et son impact ne sont pas pour autant faibles. En effet, l’ensemble des satellites lancés en GEO se positionne sur un même plan appelé l’« anneau géostationnaire », contrairement au LEO, où davantage de plans orbitaux sont exploités. Ainsi, un débri circulant sur cet anneau a une probabilité plus importante de rencontrer un satellite et de créer un effet boule de neige en générant davantage de débris.
Au vu des montants en jeu (le prix d’un satellite en GEO dépassant la centaine de millions de dollars, là où celui d’un satellite Starlink est d’un demi-million de dollars), il devient donc primordial de gérer la fin de vie de ces satellites GEO pour exploiter durablement leur orbite.
Certains organismes régulateurs ont d’ailleurs d’ores et déjà commencé à appliquer des pénalités à des opérateurs. Par exemple, en 2023, l’opérateur Dish a écopé d’une amende de 150 000 dollars par la FCC (Federal Communication Commission) pour ne pas avoir correctement désorbité son satellite EchoStar-7. Le montant peut paraître dérisoire comparé aux montants en jeu dans le secteur, mais il marque un premier pas dans la mise en œuvre de la gestion des déchets par les régulateurs.
La stratégie de décommissionnement la plus courante chez les opérateurs GEO est le positionnement de leur satellite en fin de vie dans une orbite cimetière, en utilisant sa capacité de propulsion restante. Or cette capacité propulsive aurait pu servir à prolonger la vie du satellite. Un service de désorbitage externe pourrait donc avoir du sens pour étendre la durée d’opération et contrôler le changement de trajectoire.
Aujourd’hui, la plupart des lanceurs, à l’exception de l’ISRO, n’offrent pas de service d’injection directe sur l’orbite GEO pour positionner le satellite sur son orbite opérationnelle, car le coût est considéré comme trop élevé par rapport à la taille du marché. Les satellites GEO doivent donc passer par une orbite de transfert dite GTO (Geostationary Transfer Orbital) et doivent consommer leur propre carburant pour pouvoir atteindre leur poste final d’opération. Un service de transport externe permettrait donc de préserver ces réserves de carburant et de rallonger la durée de vie du satellite.
Cependant, certains lanceurs, comme Ariane Groupe avec Ariane-6, commencent à proposer un étage d’impulsion supplémentaire pour atteindre plus directement l’orbite visée, pouvant limiter cet accès au marché pour de nouveaux services.
En LEO, le prix que les clients sont prêts à payer est souvent bas comparé au coût de développement du service. Les fournisseurs de service adoptent donc des approches de conception et de développement à bas coûts, qui sont limitées par la complexité des opérations dans l’espace. Certains fournisseurs de service en orbite développent des systèmes permettant plusieurs applications afin de répartir les coûts de développement sur plusieurs clients.
En GEO, le prix des services déjà existants est souvent corrélé à la valeur du satellite et à la durée de prolongement de vie garantie par le fournisseur. Cependant, le nombre de satellites opérationnels en GEO étant relativement faible, les opportunités de services sont plus limitées en GEO. Un système permettant plusieurs applications de service en orbite et donc en mesure d’adresser plusieurs clients peut dès lors avoir un intérêt pour améliorer la profitabilité du service.
Les services en orbite se diversifient pour répondre aux besoins spécifiques des satellites en orbite basse (LEO) et géostationnaire (GEO). En LEO, la prolifération des satellites plus petits et moins chers limite la pertinence des services de gestion de vie, mais génère un besoin croissant de désorbitation pour gérer les débris spatiaux.
Dans le cas des satellites géostationnaires, aux coûts de production et de lancements élevés, les services permettant de prolonger la durée de vie ou d’amener de la flexibilité à la mission ont beaucoup de valeur pour les opérateurs. Cependant, les coûts de développement élevés, la taille limitée du marché, et les questions réglementaires non résolues nécessitent une approche prudente pour le développement réussi de ces services.
En conclusion, pour réussir, les services en orbite doivent démontrer leur valeur ajoutée par rapport aux capacités autonomes des satellites et leur viabilité économique. Malgré la complexité du marché et les coûts d’opération actuels, la tendance vers une conception de mission plus durable est claire. Il est impératif pour les fournisseurs de services en orbite de développer une proposition de valeur solide en ciblant les cas d’usage les plus pertinents et en garantissant un marché suffisamment large. Seule cette approche permettra de s’assurer une place durable et rentable sur ce marché en évolution. Si vous avez un projet lié au New Space et souhaitez en discuter avec notre équipe, n’hésitez pas à nous contacter.
A propos de l’auteur,
Alexandre, Responsable de mission au sein de l’équipe Aéronautique Spatial Défense d’Alcimed en France
Victor, Consultant au sein de l’équipe Aéronautique Spatial Défense d’Alcimed en France
Aéronautique - Spatial - Défense
Réutiliser le lanceur, une nouvelle façon d’optimiser les coûts Pour tous les satellites, le lancement représente un poids non négligeable pouvant atteindre près d’un tiers du coût global ...
Traditionnellement, la propulsion spatiale s’effectue en brûlant le carburant du satellite, généralement de l’hydrazine. Pourtant, cette hydrazine pose de sérieux risques sanitaires en cas de ...
Aéronautique - Spatial - Défense
Dans la course du New Space, les entrepreneurs privés et les agences spatiales gouvernementales visent à développer une industrie spatiale commerciale où les nouvelles technologies seraient ...