Suivre un satellite à la main avec une antenne directive est tout à fait possible. Mais lorsqu’un satellite en orbite basse traverse le ciel en quelques minutes, il faut simultanément connaître sa position, orienter l’antenne en azimut et en élévation et, pour certaines liaisons, corriger le décalage Doppler.
La bonne nouvelle, c’est que toutes ces opérations peuvent être automatisées.
Derrière une station satellite automatique se cache une chaîne assez logique :
TLE → calcul orbital → logiciel de poursuite → Hamlib → contrôleur → moteurs → antennes
Voyons comment les différents éléments communiquent.
Tout commence par le TLE
Pour suivre un satellite, il faut d’abord savoir où il se trouve et où il va se trouver quelques secondes plus tard.
C’est notamment le rôle des données orbitales appelées TLE — Two-Line Element Set. Malgré leur aspect quelque peu cryptique, ces deux lignes contiennent les paramètres permettant de calculer l’orbite d’un satellite : inclinaison, excentricité, mouvement moyen, époque des éléments, etc.
Des organismes comme CelesTrak publient régulièrement ces données.
Attention cependant : un TLE ne dit pas directement :
« Orientez l’antenne à 137° d’azimut et 43° d’élévation. »
Il faut encore transformer ces paramètres orbitaux en coordonnées utilisables depuis notre station.
Du TLE à la position du satellite
C’est ici qu’intervient un modèle de propagation orbital tel que SGP4.
Le calcul tient compte du TLE, de l’heure et de la position géographique de la station :
TLE + heure UTC + latitude + longitude + altitude → position apparente du satellite
On obtient alors deux valeurs essentielles.
L’azimut (AZ) indique la direction horizontale :
0° = nord — 90° = est — 180° = sud — 270° = ouest.
L’élévation (EL) indique la hauteur du satellite au-dessus de l’horizon :
0° = horizon — 90° = zénith.
Voilà enfin des nombres qu’un rotor peut comprendre.
Gpredict, le chef d’orchestre
Un logiciel comme Gpredict automatise une grande partie de ces opérations.
Après avoir chargé les éléments orbitaux et renseigné la position de la station, il peut prévoir les prochains passages et calculer continuellement l’azimut et l’élévation du satellite.
Pendant un passage, ces valeurs changent constamment :
AZ 125,2° / EL 18,4°
puis quelques secondes plus tard :
AZ 137,4° / EL 42,8°
et ainsi de suite.
Gpredict peut également participer au pilotage de la radio afin de compenser automatiquement le Doppler, particulièrement sensible en VHF et UHF.
Hamlib : faire communiquer logiciel et matériel
Reste un problème : comment transmettre ces coordonnées au rotor ?
Une solution très utilisée dans le monde radioamateur est Hamlib, bibliothèque open source proposant une interface commune avec de nombreux équipements radio.
Pour les rotors, le programme rotctld peut servir d’intermédiaire.
La chaîne devient :
Gpredict → TCP/IP → rotctld → contrôleur du rotor
L’intérêt est considérable : le logiciel de poursuite n’a plus besoin de connaître les détails électroniques ou mécaniques du système.
Il fournit simplement une consigne :
AZ = 137,4° — EL = 42,8°
Le contrôleur se charge du reste.
Arduino ou ESP32 : le contrôleur
Nous arrivons maintenant à la partie qui intéressera particulièrement les amateurs de construction.
Un Arduino, ESP32 ou autre microcontrôleur peut constituer le cerveau du rotor.
Son travail consiste à recevoir les positions demandées, lire les capteurs donnant la position réelle du rotor et commander les moteurs.
Le principe est celui d’un asservissement :
Erreur = position demandée − position mesurée
Si l’azimut demandé est de 137° alors que l’antenne se trouve à 125°, le contrôleur actionne le moteur jusqu’à atteindre la nouvelle position.
Un potentiomètre, un encodeur ou un autre capteur permet de fermer cette boucle de régulation.
Du microcontrôleur au moteur
Les sorties d’un Arduino ne peuvent évidemment pas alimenter directement un moteur de rotor.
Il faut donc ajouter un étage de puissance : pont en H pour certains moteurs à courant continu ou driver adapté pour des moteurs pas-à-pas.
Nous obtenons finalement :
Arduino → driver → moteur → réducteur → rotor
Le réducteur diminue la vitesse et augmente le couple tout en permettant un positionnement plus précis.
Des fins de course peuvent compléter l’installation afin d’éviter qu’une erreur logicielle n’entraîne le rotor au-delà de ses limites mécaniques.
Pourquoi deux moteurs ?
Une station satellite classique possède deux axes indépendants.
Le moteur AZ fait tourner l’ensemble horizontalement, généralement sur une plage proche de 360°.
Le moteur EL incline les antennes entre l’horizon et le zénith.
Les deux mouvements sont effectués simultanément afin que les Yagi VHF/UHF restent orientées vers le satellite pendant tout son passage.
Un passage presque au zénith constitue d’ailleurs un exercice difficile : la direction apparente peut changer très rapidement et le rotor doit être suffisamment réactif.
Finalement, rien de mystérieux
Une station satellite automatique peut sembler complexe lorsqu’on l’observe dans son ensemble. Pourtant, elle n’est qu’une succession de blocs relativement simples :
TLE → SGP4 → Gpredict → Hamlib/rotctld → Arduino → drivers → moteurs AZ/EL → antennes.
Chaque bloc possède une fonction précise et peut être remplacé ou amélioré indépendamment.
C’est précisément ce qui rend le projet passionnant pour un radioamateur : informatique, mécanique, électronique, radio et programmation se rencontrent dans une même réalisation.
Et maintenant que nous savons comment tout cela fonctionne, une suite s’impose presque naturellement :
construire notre propre contrôleur de rotor AZ/EL autour d’un Arduino et le faire dialoguer avec Gpredict.
Liens et ressources utiles
Pour aller plus loin et commencer à expérimenter avec votre propre station satellite automatique, voici quelques ressources de référence :
- CelesTrak — pour récupérer les données orbitales TLE et comprendre leur format : celestrak.org
- Gpredict — logiciel open source permettant de prévoir les passages des satellites et de piloter radios et rotors : projet Gpredict
- Hamlib — bibliothèque open source assurant l’interface entre les logiciels radioamateurs et de nombreux transceivers ou contrôleurs de rotors : documentation Hamlib
- SatNOGS — réseau mondial de stations sol satellites open source, particulièrement intéressant pour découvrir des solutions de rotors, contrôleurs et logiciels réalisés par la communauté : satnogs.org
- AMSAT — une excellente porte d’entrée pour suivre l’actualité des satellites radioamateurs, leurs fréquences et leurs modes de fonctionnement : AMSAT
Ces ressources permettent de passer progressivement de la théorie à l’expérimentation : récupérer les TLE, prévoir un passage, calculer la trajectoire, commander le rotor et finalement suivre automatiquement un satellite avec ses propres antennes.
