Starlink: Une révolution de l'internet global

Elon Musk, l’homme le plus riche du monde est l’entrepreneur investissant le plus dans des technologies révolutionnaires. Une analyse de ses diverses compagnies permet de se rendre compte de combien il aime sortir des sentiers battus. Nous pouvons citer entre autres les fusées réutilisables, la quasi-démocratisation des véhicules électriques, une interface cerveau-ordinateur,... .L’une de ses aventures révolutionnaires, c’est Starlink. Nous allons ici voir d’abord ce que cette technologie est, comment elle marche et ce qu’elle va impliquer comme changement.

Starlink a plusieurs composantes. Starlink, c’est d’abord une constellation de satellites développées par SpaceX mis en Orbite Basse (LEO: Low Earth Orbit) contrairement aux autres satellites de communication géostationnaires mis en orbite plus haute. Les satellites de Starlink sont à environ 550 kilomètres au-dessus de nos têtes. Cette proximité permet entre autres de réduire la latence dans les échanges entre les objets sur terre et les satellites. Starlink repose sur des milliers de satellites. Actuellement, 4786 satellites sont opérationnels selon Jonathan McDowel. Afin d’assurer la pleine couverture de toute la surface du globe, plus de 42000 satellites seront opérationnels dans le réseau Starlink. Les satellites arrivés à leur fin de vie vont tomber dans l'atmosphère et vont se désintégrer. Alors des satellites seront continuellement déployés afin de maintenir le nombre de satellites opérationnels au niveau souhaité. Vu que ce ne sont pas des satellites en orbite géostationnaire (35000km), leurs positions dans le ciel varient continuellement évoluant à une vitesse de 27000 Km/h. Les dernières générations de ces satellites établissent un lien laser entre eux pour communiquer entre eux, ce qui permet de relayer les données de manière transparente, même dans les zones dépourvues de stations terrestres. Tous ces satellites marchent à l’aide de panneaux solaires embarqués. 

Starlink, c’est ensuite des terminaux sur terre. Les stations terrestres sont situées à des endroits stratégiques dans le monde entier pour connecter le réseau satellitaire à l’ internet mondial. Les satellites agissent en tant qu'intermédiaires, transmettant les données internet de ces stations aux utilisateurs.

 Les utilisateurs de Starlink disposent d’un Kit contenant une antenne parabolique et un routeur Wi-Fi. L’antenne parabolique encore appelée Dishy McFlatface permet de recevoir et d’envoyer des signaux envoyés depuis les satellites Starlink en orbite. La communication entre les satellites et la parabole se fait via des ondes électromagnétiques. Dans la parabole se trouve un oscillateur haute-fréquence génère une onde électromagnétique porteuse dans la bande Ku(Kurz-unten)(12-18 GHz) ou dans la bande Ka(Kurz-above)(26.5-40 GHz) qui sont des bandes couramment utilisées pour la communication avec les satellites. A l'intérieur d’une antenne parabolique de Starlink se trouve un grand circuit imprimé. Ce qui nous intéresse sur ce circuit imprimé, ce ne sont pas les 640 petites micropuces et les 20 micropuces un peu plus grandes ni le microprocesseur principal et le module GPS se trouvant sur l’une de ses faces, mais les 1400 anneaux de cuivre avec des grilles entre les anneaux. Sur la couche suivante de ce PCB se trouve une couche de plastique en forme de nid d’abeille avec de petits anneaux de cuivre entaillés, puis on trouve une autre couche en forme de nid d’abeille. Cet ensemble constitue en lui un réseau hexagonal en forme de nid d’abeille formé de 1280 antennes composées chacune de l’empilement des anneaux de cuivre et contrôlée par les micropuces du PCB. Ce réseau phasé est capable d’envoyer et de recevoir des ondes électromagnétiques vers ou depuis un satellite Starlink.

Si on zoom un peu sur une antenne différente de l’antenne de la radio de votre grand-père et déjà elle est incroyablement plus complexe. Pour expliquer simplement comment cette antenne génère et émet des ondes électromagnétiques, nous allons uniquement considérer 2 des 6 couches qui la constituent. La couche de dessous est constituée d’un micro fil conducteur sortant de la petite micropuce. Ce micro fil est un tracé de PCB ou un fil qui termine brusquement sous la couche de l’antenne. On envoie dans ce micro fil une tension électrique électrique sinusoïdale de 12 GigaHertz de fréquence. La couche du dessus est un disque de cuivre avec des encoches appelé patch. Lorsqu’un courant continu ou alternatif de basse fréquence passe dans le micro fil, rien ne se passe car le patch est isolé. Mais avec un courant de haute-fréquence, la tension circulant dans le micro fil induit un courant dans le patch. Ce courant induit est aussi alternatif et génère un champ électrique. Ce champ électrique à son tour crée un champ magnétique qui lui est perpendiculaire. Lorsque les champs électriques et magnétiques pointent dans des directions opposées, les champs électrique et magnétique se propagent dans toutes les directions. Ce qui donne une onde composée d’un champ électrique et d’un champ magnétique se propage dans la direction perpendiculaire à la fois au champ électrique et au champ magnétique sous forme de bouclier. La force de ce champ dépend de l’amplitude et de la fréquence de la tension dans le micro fil. Le processus inverse permet à cette antenne de recevoir un signal envoyé depuis un satellite. Il suffit pour cela que la micropuce bascule du mode envoi au mode réception des ondes dans la bonne bande de fréquence. Les ondes émises par les antennes séparément vont s’annuler en la plupart des points sauf dans une petite bande où elles vont s’additionner pour former un faisceau puissant capable de parcourir 550km grâce au Beamforming.  Le beamforming consiste à émettre depuis une antenne des ondes synchronisées sous la forme de faisceaux. Cela permet de cibler précisément une zone, à l'inverse des systèmes d'émission classiques qui émettent des ondes dans toutes les directions de l'espace.

Deux moteurs se situant à l’arrière de la parabole permettent de l’orienter perpétuellement en direction d’un satellite vu que ces derniers prennent moins de 4 min pour sortir du champ de vue des antennes paraboliques. Ces moteurs ne suffisent pas seuls pour cette tâche. C’est là qu’intervient le Phased Array Beam Steering. Cette méthode permet en changeant la phase de l’alimentation des antennes de changer la direction dans laquelle leur faisceau combiné pointe. Ainsi, les informations codées sont envoyées sous forme de faisceau d’onde électromagnétique directement vers le satellite et inversement. 

SpaceX utilise des logiciels et des algorithmes avancés pour gérer les opérations des satellites, en évitant les collisions, en optimisant la couverture et en maintenant des connexions stables. De plus, les satellites Starlink ajustent dynamiquement leurs positions et leurs connexions pour assurer une couverture continue, même dans des environnements difficiles.

Starlink n'est pas seulement une merveille technologique, c'est un pas en avant vers un monde plus connecté. Avec des projets d'expansion de la constellation et d'introduction de satellites de nouvelle génération, Starlink pourrait révolutionner des secteurs allant de la communication maritime aux secours en cas de catastrophe. Pour les ingénieurs, il s'agit d'un puissant rappel de ce qui est possible lorsque l'ambition rencontre l'innovation.

Alors que nous nous tournons vers l'avenir, Starlink nous invite à rêver plus grand, à penser plus large et à concevoir des solutions qui redéfinissent les limites.