Pendant plus d’un demi-siècle, les radioamateurs ont appris à poursuivre leurs satellites.
Le scénario était toujours à peu près le même : AOS… le satellite apparaît.
On tourne les antennes.
On corrige le Doppler.
On réalise quelques QSO.
Puis arrive : LOS… il disparaît derrière l’horizon.
Et il faut attendre le prochain passage.
Mais les radioamateurs rêvaient depuis longtemps d’autre chose : et si notre relais restait en permanence au même endroit dans le ciel ?
Pour cela, il fallait monter très haut.
Pas 400 km comme l’ISS.
Pas 1 000 ou 2 000 km.
Mais presque : 36 000 km.
Ce rêve est devenu réalité avec QO-100, le premier transpondeur radioamateur géostationnaire de l’histoire.
Le vieux rêve de la « Phase 4 »
Dans l’histoire d’AMSAT, les satellites ont progressivement gagné en ambition.
Les premiers OSCAR évoluaient en orbite terrestre basse. Plus tard, des satellites comme AO-10 et AO-13 furent placés sur des orbites fortement elliptiques.
À leur apogée, ils pouvaient rester visibles pendant plusieurs heures et couvrir d’immenses territoires.
Mais l’objectif ultime restait ailleurs : l’orbite géostationnaire.
Dans la terminologie historique d’AMSAT, ce type de projet fut associé à la : Phase 4.
L’idée semblait presque parfaite.
Un satellite placé au-dessus de l’équateur, tournant autour de la Terre exactement au même rythme que celle-ci, semblerait immobile dans notre ciel.
Plus besoin de poursuite.
Plus de passage de dix minutes.
Plus de prochain rendez-vous à calculer.
On pointe une parabole… et on ne la bouge plus.
Pourquoi exactement 35 786 km ?
On parle généralement de 36 000 km, mais l’altitude théorique d’une orbite géostationnaire est d’environ : 35 786 km au-dessus de l’équateur.
À cette altitude, un satellite effectue une révolution en un jour sidéral, soit environ 23 h 56 min.
Vu depuis la Terre, il semble donc rester au même endroit.
C’est exactement le principe utilisé depuis des décennies par les satellites de télévision.
Votre parabole TV ne poursuit pas le satellite.
Elle regarde continuellement : le même point du ciel.
Pour les radioamateurs, disposer d’un relais à cette altitude allait complètement changer la pratique du satellite.
Mais encore fallait-il réussir à en envoyer un là-haut !
Du passage de quelques minutes en orbite basse au relais géostationnaire permanent : QO-100 change complètement la pratique du satellite amateur.
Un premier projet qui n’aboutit pas
AMSAT-DL travaillait depuis longtemps sur l’idée d’une charge utile radioamateur géostationnaire.
En 2012, l’association allemande propose notamment un équipement amateur pour le satellite technologique allemand Heinrich Hertz.
Mais le projet arrive trop tard dans le développement du satellite : les emplacements intéressants sont déjà occupés et les solutions restantes ne présentent pas un rapport coût/intérêt suffisant.
En septembre 2012, AMSAT-DL abandonne cette proposition.
On aurait pu croire le rêve géostationnaire de nouveau repoussé de plusieurs années.
Mais quelques mois plus tard… une porte inattendue s’ouvre au Qatar.
Décembre 2012 : une rencontre change l’histoire
En décembre 2012, Peter Gülzow DB2OS, président d’AMSAT-DL, est invité à Doha par la Qatar Amateur Radio Society — QARS.
Il participe à l’International Amateur Radio Festival et y présente les activités liées aux satellites radioamateurs.
Les discussions qui suivent vont prendre une importance considérable.
Le Qatar prépare justement son futur satellite de télécommunications : Es’hail-2.
Et progressivement apparaît une idée extraordinaire : pourquoi ne pas y embarquer également des transpondeurs radioamateurs ?
Trois partenaires vont rendre le projet possible : Es’hailSat, opérateur qatari de satellites, QARS, la Qatar Amateur Radio Society, et : AMSAT-DL, qui prend en charge la direction technique de la conception de la charge utile radioamateur.
Le vieux rêve de la Phase 4 vient de trouver son véhicule.
Es’hail-2 : bien plus qu’un satellite radioamateur
Il faut ici éviter une confusion.
QO-100 n’est pas à l’origine un petit satellite construit uniquement par des radioamateurs.
La charge utile radioamateur est embarquée sur : Es’hail-2, un véritable satellite commercial de télécommunications.
Sa mission principale est notamment d’assurer des services professionnels en bandes Ku et Ka : télévision, télécommunications et autres services destinés au Qatar, au Moyen-Orient et aux régions voisines.
La partie radioamateur constitue donc ce que l’on appelle une : charge utile hébergée.
C’est précisément cette coopération entre monde professionnel et communauté radioamateur qui va permettre d’atteindre enfin l’orbite géostationnaire.
Fabriqué au Japon
La construction d’Es’hail-2 est confiée à : Mitsubishi Electric Corporation — MELCO.
Le satellite est donc fabriqué au Japon.
Nous sommes très loin d’un CubeSat assemblé sur une table de laboratoire.
Es’hail-2 est un gros satellite de télécommunications capable de produire plusieurs kilowatts d’énergie grâce à ses panneaux solaires, de contrôler précisément son orientation et surtout de rejoindre puis maintenir sa position géostationnaire.
La fabrication doit intégrer : les équipements de télécommunications commerciaux, les systèmes d’alimentation, les panneaux solaires, les antennes, la propulsion, le contrôle thermique, et bien sûr : la charge utile radioamateur Phase 4-A.
Cette dernière est conçue sous la direction technique d’AMSAT-DL, en coopération avec QARS, Es’hailSat et différents contributeurs internationaux.
Une étude AMSAT-DL/ESA publiée ultérieurement rappelle que la charge utile a été construite par Mitsubishi au Japon, avec une conception dirigée par la communauté allemande et le soutien de spécialistes britanniques et d’autres contributeurs.
Le relais radioamateur le plus haut de notre histoire commence donc son existence… dans les ateliers d’un constructeur de satellites professionnel.
Phase 4-A : deux transpondeurs pour les radioamateurs
Les ingénieurs ne prévoient pas un seul relais, mais : deux transpondeurs.
Le premier est le : Narrow Band — NB.
Il est destiné aux communications à bande étroite : CW, SSB et modes numériques.
Sa largeur permet de retrouver une activité assez proche de celle d’une petite bande HF.
Le second est le : Wide Band — WB.
Il possède une largeur beaucoup plus importante et est principalement destiné à : la DATV.
Autrement dit, le même satellite permettra aussi bien d’échanger quelques mots en SSB que de transmettre : de la télévision amateur numérique.
Pourquoi 2,4 GHz et 10 GHz ?
Pour QO-100, les radioamateurs doivent quitter leurs bandes satellites VHF/UHF habituelles.
La liaison montante utilise la bande des : 2,4 GHz.
La descente se trouve autour de : 10,489 GHz.
Le principe devient donc : Station radioamateur ↓ 2,4 GHz ↓ QO-100 ↓ 10 GHz ↓ Station radioamateur
Nous entrons franchement dans le domaine des : micro-ondes.
Cela pourrait sembler rendre QO-100 inaccessible.
Paradoxalement, c’est en partie l’inverse qui va se produire.
QO-100 reçoit nos signaux sur 2,4 GHz et les retransmet vers la Terre sur 10 GHz, en modes étroits comme en DATV.
Quand le LNB de télévision devient matériel radioamateur
Des millions de paraboles reçoivent déjà des satellites autour de 10 à 12 GHz.
Et au bout de ces paraboles se trouve un petit appareil : le LNB.
Celui-ci amplifie les signaux micro-ondes et les convertit vers une fréquence beaucoup plus basse.
Pour QO-100, un LNB adapté peut donc convertir la descente 10 GHz vers une fréquence facilement exploitable par : un SDR, un récepteur ou un transceiver.
La réception peut ainsi commencer avec du matériel étonnamment simple : une parabole TV + un LNB + un SDR + un ordinateur.
Un équipement fabriqué à des millions d’exemplaires pour regarder la télévision devient soudain : une tête de réception pour satellite radioamateur géostationnaire !
15 novembre 2018 : direction l’espace
Après plusieurs années de conception, fabrication, intégration et essais, Es’hail-2 est prêt.
Le 15 novembre 2018, le satellite se trouve au sommet d’une : Falcon 9 de SpaceX.
Le lancement a lieu depuis Cape Canaveral en Floride.
À : 20 h 46 UTC, les moteurs s’allument.
Quelques minutes plus tard, Es’hail-2 quitte définitivement la Terre.
Pour QARS, Es’hailSat et AMSAT-DL, c’est l’aboutissement de près de six années de travail depuis les premières discussions de Doha.
Mais le satellite n’est pas encore à 36 000 km.
De Doha à l’orbite géostationnaire : six années furent nécessaires pour transformer le projet QO-100 en réalité.
Falcon 9 ne le dépose pas directement à sa place
Voici un point souvent mal compris.
La fusée ne place pas directement Es’hail-2 sur son emplacement définitif à 25,9° Est.
Environ une demi-heure après le décollage, elle l’injecte sur une : orbite de transfert géostationnaire — GTO.
Cette orbite très elliptique sert de tremplin.
Es’hail-2 utilise ensuite : sa propre propulsion pour relever progressivement son orbite, rejoindre l’orbite géostationnaire puis se positionner à : 25,9° Est.
Le voyage n’est donc pas : Floride → 36 000 km → stop !
C’est plutôt : lancement → orbite de transfert → manœuvres → circularisation → position définitive.
Une fois arrivé… le satellite semble s’immobiliser dans notre ciel.
Décembre 2018 : les radioamateurs l’entendent enfin
Mais pas question de lancer immédiatement :
CQ QO-100 !
Es’hail-2 est d’abord un satellite professionnel.
Tous ses systèmes doivent être vérifiés.
Les ingénieurs réalisent les essais en orbite.
Puis arrive le tour de la charge utile amateur.
Le transpondeur étroit est testé avec succès le : 23 décembre 2018.
Le transpondeur large bande suit lors d’essais des : 16 et 17 janvier 2019.
Les radioamateurs peuvent entendre les premiers signaux… mais doivent encore patienter avant de trafiquer.
Le relais est là.
Il fonctionne.
Mais il n’est pas encore officiellement ouvert.
Pourquoi l’appeler QO-100 ?
Jusqu’ici, nous parlions surtout de : Es’hail-2 et de : Phase 4-A — P4-A.
Puis AMSAT attribue à la charge utile son nom radioamateur définitif : Qatar-OSCAR 100 ou simplement : QO-100.
Et le numéro est particulièrement symbolique.
En 1961, OSCAR-1 était le premier satellite construit par des radioamateurs.
Sa petite balise de 140 mW environ transmettait simplement : HI HI HI.
Cinquante-huit ans plus tard, le numéro : OSCAR 100 est attribué au premier transpondeur radioamateur géostationnaire.
Difficile d’imaginer plus belle manière de mesurer le chemin parcouru.
14 février 2019 : le bouton est pressé !
Le grand jour arrive enfin.
Le 14 février 2019, les installations d’Es’hailSat sont officiellement inaugurées au Qatar.
Lors de la cérémonie, les transpondeurs radioamateurs de QO-100 sont ouverts au trafic général.
Et soudain… notre relais est disponible.
Pas pendant huit minutes.
Pas pendant vingt minutes.
Pas au prochain passage.
Mais : 24 heures sur 24.
Pour la première fois dans l’histoire du radioamateurisme, nous disposons d’un relais géostationnaire permanent.
Une parabole qui ne bouge plus
C’est probablement la différence la plus spectaculaire avec les satellites OSCAR traditionnels.
Pour un satellite LEO : prévision du passage → AOS → poursuite → correction Doppler → LOS.
Pour QO-100 : on pointe la parabole vers 25,9° Est.
Puis… on serre les boulons !
Depuis la France, la parabole reste dirigée vers le même point du ciel.
On peut allumer la station : le matin, à midi, le soir ou au milieu de la nuit.
QO-100 est toujours là.
Notre relais a véritablement trouvé : son point haut définitif.
Un QSO qui parcourt environ 72 000 km
Lorsque nous disons que QO-100 est situé à environ 36 000 km d’altitude, nous oublions facilement quelque chose.
Notre signal doit d’abord : monter jusqu’au satellite.
Puis il doit : redescendre vers la Terre.
Un QSO via QO-100 représente donc un trajet radio de l’ordre de : 72 000 km.
Et si vous écoutez votre propre signal sur la descente, vous remarquerez un léger retard.
Même les ondes radio, pourtant proches de 300 000 km/s, ne peuvent pas parcourir une telle distance instantanément !
Une couverture gigantesque
À 36 000 km, QO-100 voit une immense partie de la planète.
Sa couverture permet des communications sur une zone allant approximativement : du Brésil vers l’ouest jusqu’à : l’Asie du Sud-Est vers l’est, en couvrant notamment : l’Europe, l’Afrique et le Moyen-Orient.
Un radioamateur français peut donc établir des contacts sur plusieurs continents sans dépendre de la propagation ionosphérique.
Mais QO-100 ne couvre pas toute la Terre.
Un satellite géostationnaire reste caché sous l’horizon pour certaines régions.
L’Amérique du Nord, par exemple, se trouve largement hors de sa zone d’utilisation directe.
Le transpondeur NB : une bande radio dans l’espace
Le transpondeur Narrow Band est probablement celui qui ressemble le plus au trafic radioamateur traditionnel.
On y rencontre : CW, SSB et modes numériques étroits.
Avec un SDR, le spectacle est particulièrement intéressant.
Le waterfall montre pratiquement toute la bande.
Chaque trait représente une station.
On clique… et le QSO apparaît.
Mais contrairement à la HF : pas de couche F qui disparaît, pas de bande qui ferme, pas de propagation capricieuse.
Le satellite est là en permanence.
Attention, LEILA écoute !
Sur un transpondeur satellite partagé, envoyer beaucoup de puissance n’apporte rien.
Au contraire.
Un signal excessivement puissant utilise inutilement la réserve de puissance du transpondeur et gêne les autres utilisateurs.
QO-100 possède donc un système particulièrement célèbre : LEILA.
Lorsqu’un signal trop puissant apparaît, une sorte de sirène caractéristique peut être injectée près de celui-ci.
Le message est facile à comprendre : réduisez votre puissance !
La règle générale est simple : votre signal ne doit pas dépasser le niveau des balises du transpondeur.
QO-100 rappelle ainsi une vieille règle du trafic satellite : le meilleur opérateur n’est pas celui qui possède le plus gros amplificateur.
Le Wide Band : de la télévision à 36 000 km
Le deuxième transpondeur est beaucoup plus large.
Il est principalement destiné à : DATV — Digital Amateur Television.
Cette fois, la chaîne peut devenir : Caméra ↓ encodeur vidéo → DVB-S2 → 2,4 GHz → QO-100 → 10 GHz → parabole → récepteur DATV →écran.
Nous retrouvons directement notre histoire : « Quand le cinéma arriva dans la maison ! »
Sauf que cette fois… le relais de télévision se trouve à 36 000 km !
Que faut-il pour recevoir QO-100 ?
C’est probablement l’une des plus belles surprises de cette histoire.
Pour commencer à écouter le transpondeur NB, il n’est pas nécessaire de construire une station spatiale.
Une installation typique peut comprendre : une parabole de télévision, un LNB adapté, un SDR et : un ordinateur.
Voilà déjà de quoi découvrir QO-100.
Pour émettre, il faudra évidemment ajouter une chaîne 2,4 GHz : source ou convertisseur, amplificateur, coaxial adapté et : antenne d’émission.
On peut utiliser notamment : patch, POTY ou hélice.
Et très souvent, réception 10 GHz et émission 2,4 GHz partagent : la même parabole.
Le SDR transforme le trafic satellite
QO-100 arrive également au moment où le SDR devient extrêmement accessible.
Et les deux technologies se marient parfaitement.
Au lieu de rechercher une station uniquement à l’oreille, nous pouvons observer : tout le transpondeur.
Le waterfall montre immédiatement : la balise, les QSO SSB, la CW et les signaux numériques.
La stabilité de QO-100 donne parfois l’impression d’avoir devant soi : une petite bande HF installée dans l’espace.
On peut même l’écouter sans parabole !
Avant d’installer le moindre matériel, il est même possible de découvrir QO-100 grâce aux récepteurs accessibles sur Internet.
La station AMSAT-DL de Bochum, en Allemagne, joue notamment un rôle essentiel dans le contrôle et l’exploitation du système.
Un WebSDR permet de découvrir le trafic du transpondeur depuis un navigateur.
C’est une excellente porte d’entrée.
On commence par écouter sur Internet…
Puis on retrouve une vieille parabole.
On achète un LNB.
On branche un SDR.
Et généralement : le virus des micro-ondes vient de commencer !
QO-100 : bien davantage qu’un relais
Il serait finalement réducteur de considérer QO-100 comme un simple relais SSB.
Il est devenu un formidable laboratoire pour expérimenter : 2,4 GHz, 10 GHz, SDR, stabilisation de fréquence, antennes, amplificateurs, modes numériques, DATV et techniques satellitaires.
Il a surtout rendu les micro-ondes beaucoup moins intimidantes.
Des radioamateurs qui n’avaient jamais dépassé 432 MHz ont commencé à expérimenter : 2,4 GHz puis 10 GHz.
Exactement comme les premiers OSCAR avaient poussé leurs utilisateurs vers les techniques spatiales.
OSCAR-1 contre OSCAR-100
Terminons par une comparaison.
OSCAR-1 — 1961
Petit satellite d’environ 5 kg.
Une balise sur 144 MHz.
Puissance de l’ordre de 140 mW.
Un message : HI HI HI.
Durée de fonctionnement : 22 jours.
QO-100 — 2019
Charge utile installée sur un satellite professionnel de télécommunications.
Altitude : environ 35 786 km.
Deux transpondeurs : NB + WB.
Modes : CW, SSB, numérique et DATV.
Disponibilité : permanente.
Seulement 58 ans séparent ces deux étapes.
Quelques dates à retenir
1961 — OSCAR-1 devient le premier satellite radioamateur.
Années 1970-1980 — AMSAT développe le concept des satellites Phase 3 puis rêve d’une Phase 4 géostationnaire.
2012 — Une première proposition AMSAT-DL pour une charge utile géostationnaire sur Heinrich Hertz n’aboutit pas.
Décembre 2012 — Peter Gülzow DB2OS rencontre la communauté radioamateur qatarie à Doha ; le futur projet Es’hail-2/P4-A commence à prendre forme.
2013-2018 — Conception, fabrication, intégration et essais d’Es’hail-2 et de sa charge utile radioamateur.
15 novembre 2018 — Es’hail-2 est lancé par une Falcon 9 depuis la Floride.
23 décembre 2018 — Essais réussis du transpondeur Narrow Band.
16-17 janvier 2019 — Essais du transpondeur Wide Band.
Février 2019 — Es’hail-2/P4-A reçoit officiellement la désignation Qatar-OSCAR 100 — QO-100.
14 février 2019 — Les deux transpondeurs sont officiellement ouverts aux radioamateurs.
Quand notre relais monta à 36 000 km !
Revenons finalement en 1961.
OSCAR-1 tourne autour de la Terre.
Sa petite balise répète : HI… HI… HI…
Le satellite passe.
Les radioamateurs l’écoutent.
Puis il disparaît derrière l’horizon.
Pendant près de soixante ans, nous apprendrons à calculer des orbites, poursuivre des satellites, corriger le Doppler et profiter de quelques précieuses minutes de communication.
Puis arriva : QO-100.
Cette fois, nous pointâmes la parabole vers 25,9° Est.
Nous trouvâmes le signal.
Nous réglâmes précisément l’antenne.
Et enfin… nous serrâmes les boulons.
Plus besoin de poursuivre notre satellite.
Plus besoin d’attendre son prochain passage.
Notre signal pouvait maintenant monter sur 2,4 GHz, parcourir près de 36 000 km, être retransmis sur 10 GHz et revenir sur Terre.
En 1961, les radioamateurs avaient envoyé une petite balise dans l’espace.
En 2019, ils disposaient d’un relais permanent en orbite géostationnaire.
Après avoir installé des relais sur les montagnes, les immeubles et les pylônes… il ne restait finalement qu’à trouver un point haut un peu plus élevé !
