FEELINGS - FEEder LINk optical Ground Station

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FEELINGS, la station sol ONERA, illumine l’orbite Géostationnaire -  Premier contact avec TELEO.

Jeudi 28 mars dernier, en fin de journée, la station sol FEELINGS a émis ses premiers photons infrarouges vers le satellite géostationnaire BADR-8 et sa charge utile TELEO. Elaborée par ADS et cofinancée par le CNES ; TELEO est dédiée aux télécommunications optiques. Cette première phase consiste en un test permettant de s’assurer de la qualité de pointage respective de la station et du satellite. La lumière émise par la balise de la station a parcouru sans encombre les 40 000 km pour atteindre le capteur de pointage du terminal optique. Le niveau de signal reçu est largement suffisant pour permettre, d’ici quelques se-maines l’établissement de premiers liens optiques bidirectionnels compensés par Optique Adaptative. Pour l’ONERA, l’enjeu est de démontrer sa maîtrise du canal atmosphérique et des performances de l’optique adaptative pour les télécommunications haut-débit du futur. Ces expériences permettront en particulier la validation de modèles de canal de propagation optique vers l’espace dans des conditions atmosphériques représentatives. FEELINGS devient ainsi la première station française à franchir cette étape de co-alignement avec TELEO. Ce premier succès permet d’aborder la phase d’émission-réception du lien optique précompensé avec confiance.

Visite de la station-sol FEELINGS par ADS le 29/02/24 (© C. Petit, ONERA)

Le satellite GEO BADR-8, qui accueille TELEO, vu depuis FEELINGS (© ONERA)

La station sol FEELINGS reçoit le télescope de 60 cm qui vient compléter un moyen technique unique en Europe.

Fin octobre 2023 la station sol FEELINGS* (pour Feeder Links Ground Station) a reçu un élément clé, le télescope de 60 cm fourni par la société Astelco, dotant l’ONERA d’une capacité de poursuite de satellites de précision optique jusqu’aux orbites basses. Le télescope a démontré une capacité de pointage absolue meilleure qu’une seconde d’arc, offrant la possibilité d’un suivi de satellite de précision métrique en boucle ouverte. La capacité de pointage du satellite géostationnaire BADR8 emportant la charge utile TELEO avec laquelle FEELINGS effectuera ses premiers liens optiques au printemps 2024, a été démontrée (cf. illustration).
Le télescope est équipé d’un train Coudé qui guide la lumière jusqu’au banc d’optique qui accueillera en janvier 2024 le banc d’optique adaptative FEELIN pour compléter cet équipement unique en Europe par les fonctionnalités qu’il intègre : concept d’émission/réception monostatique, banc d’optique adaptative et ampli optique à haute performance, plateforme de caractérisation atmosphérique et de modélisation de performance temps réelle associée.

Le télescope, de nuit

Premiers photons en provenance de BADR8

Qu’est-ce que FEELINGS ?

FEELINGS est l’acronyme de FEEder LINks Ground Station (station sol optique pour les liens feeder). Les liens dits « feeder » (littéralement « nourriciers ») sont des liens de données très capacitifs (les débits recherchés sont de l’ordre du Terabit par seconde) qui alimentent les satellites de télécommunication en orbite géostationnaires en données de toutes sortes afin que ces données soient ensuite relayées à d’autres satellites, vers le sol ou à tout type de porteur. Ces liens feeder constitueront la colonne vertébrale des futurs réseaux de données hauts débits spatiaux. Pour se propager à travers l’atmosphère l’information est portée par un faisceau laser modulé. La station sol optique constitue l’interface entre le réseau fibré terrestre et le réseau spatial. Dans le sens sol vers satellite, elle émet l’information reçue du réseau terrestre fibré vers le satellite géostationnaire en adaptant le faisceau laser émis afin qu’il véhicule l’information sans perte. Dans le sens satellite vers station sol, elle réceptionne le faisceau émis par le satellite géostationnaire et l’injecte dans le réseau fibré. Du fait de l’impact de l’atmosphère, ces étapes sont susceptibles de dégrader le signal, compromettant la transmission des données : du fait des aérosols la puissance optique transmise se trouve atténuée, l’influence de la turbulence atmosphérique dégrade la cohérence spatiale de l’onde optique et génère des pertes de puissance lors de la propagation qui peuvent être rédhibitoires.

Des liens optiques entre satellites en orbite basse (dits LEO pour Low Earth Orbit) et le sol peuvent aussi être établis, cette fois dans le but d’offrir un rapatriement très rapide de grands volumes de données. Les problématiques causées par l’atmosphère sont alors similaires au cas du lien descendant avec un satellite géostationnaire, auxquels s’ajoutent toutefois des effets liés au défilement rapide du satellite LEO qui traverse en général le ciel en quelques minutes.  

La station sol optique FEELINGS développée à l’ONERA constitue une plateforme de démonstration expérimentale de la maturité des technologies optiques nécessaires aux transmissions de données optiques entre le sol et les satellites.

Illustration des futurs réseaux de communication impliquant des stations sols, des aéronefs et des satellites en orbite basse (LEO) ou géostationnaires (GEO)

Répondre à un besoin

L’ONERA développe des modèles des effets de l’influence du canal de propagation atmosphérique (transmission, turbulence) et des concepts de moyen de correction (optique adaptative, recombinateurs cohérents en optique intégrés, sources laser de forte puissance aux caractéristiques physiques maîtrisées). Il s’agit dans le cadre de la réalisation de la station sol FEELINGS de disposer d’un moyen intégrant l’état de l’art des développements sur le sujet pour éprouver ces développements aux exigences d’un usage dans des conditions d’opération réelles et avec des performances maîtrisées.

Un moyen ONERA

La station FEELINGS a été développée en interne ONERA via l'opération individualisée d’investissement TOSSCA : Transmissions Optiques Satellites-Sol Corrigées par optique Adaptative.

Présentation technique

FEELINGS se présente sous la forme d’un télescope de 60 cm protégé par un dôme de 4 m de diamètre, installé sur le site du Fauga-Mauzac. Dans son usage principal FEELINGS vise des liens avec des satellites géostationnaires. Toutefois grâce à sa monture alt-azimuth motorisée, le télescope sera aussi capable de poursuivre les satellites défilants pour réaliser des liens descendants et télécharger au sol des données acquises par des charges utiles en orbite basse.

Un conteneur attenant intègrera quant à lui l’instrumentation scientifique, notamment le banc d’optique adaptative FELIN, capable de réaliser des liens bidirectionnels avec les satellites géostationnaires compensés de la turbulence atmosphérique. FELIN inclut un laser, développé par l’ONERA, permettant d’atteindre jusqu’à 50 W d’émission monomode destinée à transporter des signaux télécoms montants jusqu’à l’orbite géostationnaire, à 38000 km de là. Il inclut aussi un laser montant commercial de 10W qui permettra au terminal satellite de repérer notre station-sol FEELINGS et de s’aligner avec elle. L’ensemble du système fonctionnera aux longueurs d’onde télécom en bande C et en bande L, soit entre 1540 et 1610 nm.

Le télescope et le dôme sont fournis par la société ASTELCO, et le support de dôme est réalisé par Gambato. La société IPM Mondia fournit le conteneur. Une station MIRATLAS permettra de documenter les conditions météorologique et turbulentes dans lesquelles les liens ont été réalisés.

Ce projet est le fruit de la collaboration et du soutien de nombreux acteurs au sein de l’ONERA : la Direction Scientifique Générale, la Direction Technique et des Programmes, la Direction des Programmes d’Investissement, la direction du DOTA et son secrétariat, la Direction des Achats, les diverses directions de centre de l’ONERA et leurs personnels de support en particulier du Centre du Fauga-Mauzac, la Direction des Systèmes d’Information, la Direction de la COMmunication et tous les personnels de support de l’ONERA.

Table optique du banc FELIN

TELEO the innovative optical communications demonstrator - Airbus Defence and Space