La paix vue de l’espace

La paix vue de l’espace

Le satellite de renseignement CSO-1 a été lancé le 19 décembre dernier. Occasion de revenir en détails sur la politique française spatiale de défense.

Le lancement de ce satellite couvrira l’ensemble des capacités spatiales militaires, d’observation, d’écoute, de surveillance et de télécommunication et mobilisera plus de 3,5 milliards d’euros sur la prochaine loi de programmation militaire. Enjeu majeur, la maîtrise de l’espace.
Le libre accès et l’utilisation de l’espace sont des conditions de l’autonomie stratégique de la France, comme l’a souligné la Revue stratégique de défense et de sécurité nationale conduite fin 2017. Le recours aux systèmes spatiaux est aujourd’hui indispensable non seulement dans la connaissance et l’anticipation géostratégique, mais également dans la conduite des opérations militaires, afin d’agir vite, de façon globale et sans dépendre de tiers.
Son utilisation est indispensable pour de nombreuses fonctions opérationnelles de sécurité et de défense permettant de satisfaire le besoin d’appréciation de situation et de capacité à entrer en premier sur un théâtre : renseignement image et électromagnétique pour préparer les opérations, communications sécurisées, navigation précise pour la mise en œuvre des systèmes d’armes et d’armements guidés, etc.

Le programme spatial militaire français
Dès les années soixante, l’espace, notamment militaire, constitue une priorité nationale. Aussi depuis la première application spatiale militaire opérationnelle avec le lancement des satellites Télécom I en 1984, la France a développé de manière significative les moyens accordés à ce domaine, tant pour les satellites d’observation que pour ceux de télécommunications.
Le programme spatial militaire français est, par ailleurs, résolument tourné vers l’Europe, à travers la mise en commun des moyens spatiaux opérationnels et la mise en place de coopérations pour le développement des nouveaux systèmes.
Aujourd’hui, l’architecture des capacités spatiales utilisées par la défense française repose sur des capacités militaires souveraines, complétées au travers de coopérations nationales ou internationales. Un recours à des services commerciaux (production de données météorologiques ou d’océanographie spatiale) y contribue également.
Les lois de programmation militaire (LPM) 2009-2014 et 2014-2019 ont concrétisé la priorité accordée à l’espace en lui consacrant des budgets importants : ainsi, les crédits d’équipements du domaine spatial gérés par la Direction générale de l’armement (DGA) sont passés de 380 M€ en 2008, à plus de 600 M€ en 2014 et 200 M€ ont été alloués au Cnes au titre de la recherche duale.
Ces efforts sont pérennisés et accrus par la LPM 2019-2025 qui mobilisera plus de 3,6 Md€. Et pour répondre aux défis de l’espace exoatmosphérique, la ministre des Armées, Florence Parly et tout le ministère travaillent à l’élaboration de la stratégie spatiale de défense demandée par le Président de la République.

Les moyens consacrés à l’espace
La LPM 2019-2025 prévoit de renforcer les fonctions « connaissance et anticipation » et « prévention ». Il s’agit de mieux comprendre les enjeux, d’anticiper les crises et de les gérer, face à l’évolution des menaces, notamment dans les nouveaux milieux de confrontation dont l’espace fait partie. La LPM traduit concrètement l’effort consenti par la France dans le domaine spatial : elle s’attache à consolider les capacités nationales de surveillance de l’espace exoatmosphérique et de connaissance de la situation, notamment par le renforcement du Commandement interarmées de l’espace (CIE), créé en 2010, et du Commandement de la défense aérienne et des opérations aériennes (CDAOA), créé en 1994.
Les domaines concernés sont :
• l’observation spatiale militaire : les 3 satellites CSO, destinés à succéder aux satellites Helios II actuellement en service, depuis 2004 pour le premier et 2009 pour le second, seront lancés d’ici fin 2021, et le programme successeur sera lancé en réalisation en 2023 ;
• l’écoute spatiale militaire : les 3 satellites Cerès (Capacité d’écoute et de renseignement électromagnétique spatiale) seront lancés en 2020 et le programme successeur en 2023 ;
• les télécommunications spatiales militaires : les 2 premiers satellites Syracuse IV (système de radiocommunication utilisant un satellite) seront lancés d’ici 2022 et complétés d’ici à 2030 par un troisième satellite répondant aux besoins croissants et spécifiques des plateformes aéronautiques ;
• la surveillance de l’espace : les moyens de veille (Graves, opérationnel depuis 2004) et de poursuite (Satam, opérationnel depuis 2003) des orbites basses seront modernisés en priorité. Ils pourront bénéficier des opportunités de coopération européenne en la matière. La capacité de surveillance des orbites hautes sera de plus consolidée. En outre, la version améliorée du Système d’information spatiale (SIS) sera déployée courant 2019 pour renforcer la capacité d’élaboration de la situation spatiale ;
• la navigation par satellite : les équipements de navigation par satellite des armées seront modernisés à compter de 2024 au travers du programme Omega, résistant aux interférences comme au brouillage, qui apportera une capacité autonome de géolocalisation capable d’utiliser à la fois les signaux GPS et Galileo.
« C’est une véritable montée en puissance de nos capacités satellitaires que nous mènerons dans les prochaines années. Une montée en puissance qui nous donne la possibilité de construire, de lancer et d’opérer les satellites et d’inscrire notre nom aux côtés des grandes puissances militaires spatiales » a affirmé Florence Parly, ministre des Armées, à Toulouse, le 7 septembre dernier.

L’observation spatiale au cœur des opérations militaires

Les satellites d’observation tiennent une place essentielle par leurs atouts incontestables : une couverture mondiale, le survol sans contrainte juridique, l’absence d’engagement de forces sur le terrain. Ils constituent une des principales sources de renseignement d’origine image (ROIM).
L’emploi opérationnel de l’observation spatiale répond à des besoins en matière de :
• recueil de renseignements ;
• appui aux opérations ;
• soutien à la géographie militaire.
Elle constitue l’une des principales sources de données pour le recueil de renseignements non intrusif permettant l’autonomie d’appréciation de situation. Dans ce domaine, il est primordial d’avoir accès à des capacités militaires spécifiques de très hautes performances (résolutions accrues dans le spectre visible et infrarouge), non disponibles par des moyens duaux ou civils, observant plus particulièrement les zones d’intérêt militaire.
L’observation spatiale permet, en complémentarité avec d’autres moyens disponibles sur le théâtre, de préparer des missions aériennes, maritimes ou terrestres, de réaliser des dossiers de ciblage, d’évaluer les résultats opérationnels de nos actions, et de produire des données d’environnement (principalement géographiques), etc.
Les produits de la géographie militaire (modèles numériques de terrain, images orthorectifiées, hydrographie) qui sont utilisés dans les systèmes d’armes et les Systèmes d’information opérationnels et de commandement (Sioc) requièrent l’acquisition d’images sur de très larges zones (plusieurs millions de km2). La qualité des images et l’intégrité des données (conditions de prise de vue, couverture, etc.) sont des paramètres essentiels pour atteindre un niveau de produit compatible avec leur emploi dans les systèmes d’armes.
Dans ce contexte, le système CSO permettra de maintenir un accès souverain à l’imagerie optique et apportera une amélioration notable tant quantitative que qualitative, une fois la constellation pleinement opérationnelle.
Dans le domaine de l’observation spatiale, les armées disposent d’ores et déjà d’un accès souverain à l’imagerie optique grâce aux satellites militaires Helios II et aux deux satellites duaux Pléiades. Les forces détiennent ainsi une capacité d’observer de jour dans le visible et de nuit dans l’infrarouge. En complément, elles disposent également d’un accès garanti à l’imagerie SAR (Synthetic Aperture Radar) dans le cadre d’accords d’échanges capacitaires avec des pays partenaires.
Par rapport aux satellites Helios II, les trois satellites CSO permettront aux armées de disposer d’un système agile capable d’enchaîner les prises de vues sur une zone de crises. À l’instar du système Pléiades, CSO permettra d’accroître le nombre d’objectifs pouvant être imagés sur un théâtre géographiquement restreint en un seul passage et ainsi de satisfaire un maximum de besoins opérationnels.
La constellation CSO offrira en outre une meilleure revisite améliorant le suivi des objectifs d’intérêt et la détection de changement. Comme ses devanciers à leurs époques, le système CSO s’inscrit dans l’amélioration de la qualité des images.
– passage de la Haute résolution (HR) sur Helios I à la Très haute résolution (THR) sur Helios II, accès aux images couleur sur Pléiades et enfin extrême haute résolution couleur avec CSO. Ce qui permettra aux armées françaises d’accéder à un plus grand niveau de détails lors de l’exploitation des images spatiales. Cette richesse des informations constitue notamment une plus-value significative pour les activités de renseignement et de ciblage. En outre, la précision de localisation accrue des images CSO permettra d’élaborer des produits cartographiques de meilleure facture. En particulier, des modèles numériques précis de cible pour le guidage terminal des missiles de croisière pourront être obtenus grâce à la capacité de CSO à réaliser des prises de vues en mode stéréo permettant d’obtenir des images 3D.

Le programme Musis

Née fin 2006, l’initiative européenne Musis (Multinational Space-based Imaging System) avait pour ambition de remplacer l’ensemble des composantes spatiales d’observation européennes militaires ou duales actuellement en service (les systèmes optiques français Helios II et Pléiades, le système radar allemand SARLupe et le système radar italien Cosmo-Skymed), et de fournir aux partenaires de l’initiative (France, Allemagne, Italie, Belgique, Espagne, Grèce) un accès commun et fédéré à une nouvelle génération de capacités spatiales.
Le périmètre de cette initiative Musis comprenait dans son périmètre de coopération optimal :
• une composante spatiale optique haute et très haute résolution (CSO), réalisée sous responsabilité française et destinée à prendre la suite d’Helios II ;
• une composante spatiale radar Cosmo-Skymed seconde génération (CSG), réalisée sous responsabilité italienne et destinée à prendre la suite du système Cosmo-Skymed ;
• une composante spatiale radar SARah, réalisée sous responsabilité allemande et destinée à prendre la suite du système SAR-Lupe ;
• une composante spatiale optique champ large Ingenio sous responsabilité espagnole ;
• un programme commun fédérateur (FCP) permettant d’assurer une utilisation fédérée de ces différentes composantes.
En 2010, la France a lancé, dans le cadre du programme national également dénommé Musis, la réalisation de deux satellites CSO, tout en poursuivant la recherche de coopérations qui permettraient de financer un troisième satellite et l’utilisation par les forces françaises des systèmes SARah et CSG, finalement réalisés eux aussi dans des cadres nationaux.
Depuis, un accord de coopération a été signé avec l’Allemagne en juillet 2015, qui a permis le lancement de la réalisation d’un troisième satellite CSO, moyennant une contribution financière allemande et un financement français supplémentaire. Il prévoit l’accès de l’Allemagne à la capacité CSO et un accès réciproque de la France à SARah.
En début 2019, un accord sera signé avec l’Italie pour permettre un accès réciproque des deux pays aux satellites CSG et CSO. Cet accord se concrétisera par le développement du CIL (Common Interoperability Layer), issu de la réorientation en bilatéral du programme commun fédérateur, réalisant l’interface qui rend les deux systèmes interopérables.
Le programme français Musis comprend :
• trois satellites CSO ;
• les mises en orbite des satellites ;
• un Segment sol utilisateur (SSU) permettant de préparer les demandes de programmation des satellites et de récupérer les images correspondantes ;
• un Segment sol de mission (SSM) en charge du contrôle des satellites ;
• la réalisation d’un segment sol permettant d’accéder aux satellites allemands SARah ;
• la réalisation du CIL permettant d’accéder aux satellites italiens CSG.
Le coût de réalisation du programme Musis est de l’ordre de 1,75 Md€ aux conditions économiques de janvier 2018, pour l’ensemble du système, réparti entre les différents pays coopérants et étalés sur un peu plus de 10 ans.

Coopération européenne
Compte tenu de ses enjeux à la fois politique, militaire, économique et industriel, l’espace constitue un milieu fédérateur propice à l’affirmation d’une identité européenne de défense et de sécurité. Ainsi, au-delà du renforcement de son autonomie stratégique nationale, la France privilégie la coopération européenne dans le domaine spatial, et en particulier pour les systèmes d’observation optique :
• la première génération de satellites Helios I a été conduite en coopération multilatérale avec l’Italie et l’Espagne. Un accord opérationnel a été signé en 2007 pour fournir des images Helios I à l’Union européenne, via son centre satellitaire ;
• la deuxième génération de satellites Helios II a été conduite dans le cadre d’une coopération multilatérale à cinq pays avec la Belgique, l’Espagne, l’Italie et la Grèce. Par ailleurs, au travers d’accords bilatéraux, la France fournit à l’Italie et l’Allemagne un accès au système Helios II, en échange d’un accès aux satellites radar italien Cosmo-Skymed (CSK) et allemand SAR-Lupe, permettant une capacité d’observation quelles que soient les conditions météorologiques.
Un accord opérationnel, similaire à celui d’Helios I, a été signé fin 2008 pour fournir des images Helios II à l’UE. Dans ce cadre, une cellule Helios II a été mise en place au sein du centre de commandement Eurofor Tchad pour permettre de mieux répondre aux besoins des forces européennes déployées ;
• la troisième génération de satellites, CSO, est accessible aux partenaires européens par des accords bilatéraux avec la France.
Ainsi, l’Allemagne, la Suède et la Belgique ont d’ores et déjà rejoint la communauté CSO respectivement en juillet 2015, novembre 2015 et octobre 2017. La coopération avec l’Allemagne permettra en outre l’accès réciproque de la France au système SARah, qui succédera à SAR-Lupe. Il en sera prochainement de même avec l’Italie et les systèmes CSG et CSO.
Enfin, des discussions sont en cours, à des degrés divers, avec d’autres partenaires européens et l’UE, et devraient permettre dans les années à venir de consolider la communauté européenne du renseignement satellitaire d’origine image.

Le système CSO

La composante spatiale optique sera constituée à terme de trois satellites identiques. Ils seront cependant affectés à deux missions différentes : reconnaissance et identification.
Le premier satellite, lancé en décembre 2018 et participant à la mission reconnaissance, est placé sur une orbite à 800 km d’altitude et produira des prises de vues à très haute résolution. Le deuxième, lancé en 2020, sera placé sur une orbite à 480 km d’altitude pour la mission identification et fournira des images à extrêmement haute résolution qui permettront d’atteindre des niveaux de détails jusque-là accessibles uniquement aux capteurs aéroportés. Enfin, la constellation sera complétée en 2021 par un troisième satellite qui rejoindra son aîné sur l’orbite reconnaissance afin d’optimiser le délai de revisite en tout point du globe.
Les satellites CSO sont conçus pour une durée de vie de 10 ans. Ils sont manœuvrants. L’architecture plateforme en partie héritée des satellites Pléiades leur confère une autonomie et une agilité élevées malgré une masse portée à 3,5 tonnes. Cette agilité permet aux satellites CSO d’acquérir, lors d’un même survol, de nombreuses images disséminées sur une même zone géographique.
Ces satellites disposent d’une capacité inédite, pour un système opérationnel, de contrôle d’orbite autonome à bord, simplifiant grandement les activités de maintien à poste effectuées par les opérateurs sol.
Aussi leur charge utile permet l’acquisition d’images à très haute résolution dans les domaines visible et infrarouge et dans une variété de modes de prise de vues permettant de répondre à un large spectre de besoins. Ainsi les images peuvent être prises de jour comme de nuit, avec un capteur conçu pour pouvoir prendre des images monoscopiques ou stéréoscopiques (images en 3D).
La qualité image est sans équivalent en Europe. Elle résulte d’innovations technologiques dans le domaine de la fabrication du télescope de grand diamètre et des plans focaux.
Les satellites CSO offrent par ailleurs une amélioration notable en termes de capacité par rapport à la génération de satellite précédente. Cela signifie plus d’images par orbite et plus d’images par jour grâce notamment aux innovations liées aux électroniques bord et au contrôle thermique.
Notons que les satellites sont développés dans le cadre d’un marché de maîtrise d’œuvre industriel qui a été signé fin 2010. Airbus Defence and Space France est chargé de la maîtrise d’œuvre des satellites, tandis que Thales Alenia Space France fournit l’instrument optique. Le premier satellite a été livré en septembre 2018. Les deux autres seront livrés respectivement au deuxième trimestre 2020 et au troisième trimestre 2021.

Le Segment sol de mission (SSM)
Il se divise en deux composantes :
• le Centre de programmation et de commande-contrôle (CPCC) : Jouant un rôle essentiel et critique pour la mission CSO, il se caractérise par un haut niveau de disponibilité et de sécurité. Il a été développé et intégré sous la responsabilité de maîtrise d’œuvre du Cnes. Il est constitué de deux entités :
– le centre de contrôle en charge de l’ensemble des opérations appelées opérations bord/sol, notamment l’envoi de toutes les commandes à destination des satellites et de leur charge utile ; la surveillance de la bonne santé des satellites et du bon fonctionnement de leur avionique embarquée, avec une capacité d’action 24h/24 (au fil des survols stations) ; la mise et le maintien à poste des satellites pris en charge par les équipes opérationnelles du Cnes dès la séparation lanceur ;
– le centre de programmation mission, chargé, de construire le plan de travail des satellites, dans un strict respect des droits de chaque partenaire et de la confidentialité. Le plan de travail téléchargé inclut également les opérations technologiques nécessaires au travail des experts qualité image du Cnes.
Le centre de programmation mission est un développement Cap Gemini/CS-Systèmes d’information.
Le centre de contrôle est construit autour de la suite logicielle Open Center d’Airbus D & S.
• Le Centre d’expertise qualité image (CEQI) : il est en charge de l’ensemble des activités de recette, de suivi et d’étalonnage des performances des satellites en vol, visant à optimiser les performances de qualité image des produits délivrés par le système CSO. Il est implanté au Centre spatial de Toulouse et opéré par le Cnes, le centre CEQI est basé sur un socle informatique commun aux cellules qualité image de dernière génération. Par ailleurs son rôle est essentiel à la maîtrise des performances du capteur CSO, avec un rôle leader dans le déroulement des activités de recette en vol des satellites CSO.
Le CEQI est un développement Thalès Services. L’outil de programmation des opérations technologiques est un développement Cap Gemini/CS-SI.

Le Segment sol utilisateur (SSU)
Le Segment sol utilisateur du système, pour préparer les demandes de programmation des satellites et récupérer les images correspondantes est composé du centre français SSU-F et des centres des pays partenaires SSU-X.
Le SSU-F permet de plus aux organismes militaires l’accès à tous les satellites d’observation existants (Helios, Pléiades, SAR-Lupe et Cosmo-Skymed) et futurs (SARah et CSG). Il comprend un Centre principal national (CPN) situé à Creil, sur la base aérienne 110, et des cellules distantes déployées au plus proche des utilisateurs.
Le CPN est le véritable centre névralgique du SSU : il est le point de passage de toute demande de prises de vues avant le SSM, et il est le point de passage de toute image avant mise à disposition auprès des utilisateurs.
Conçu et réalisé par Airbus Defence and Space, le SSU permet aux utilisateurs militaires :
• de consulter les images archivées ;
• de définir des demandes de prises de vues ;
• d’élaborer les plans de programmation des prises de vues par les satellites CSO, en interface avec le SSM ;
• de réceptionner les données acquises par ces satellites, depuis l’antenne de Kiruna ou de Creil ;
• de générer et de distribuer les produits images, en vue de leur exploitation. Il est dimensionné pour produire jusqu’à 800 images par jour et livrer plus de 9 To de données par jour, et permet d’héberger des données de niveau confidentiel défense et secret-défense.
Enfin, le SSU est conçu de façon à pouvoir s’ouvrir à de nouveaux partenaires européens, accompagnant le déploiement de la constellation CSO et sa montée en puissance.

L’organisation opérationnelle du système CSO
Sur une journée type de programmation, le CPN de Creil collecte les listes hiérarchisées de demande de prises de vues des centres partenaires (SSU-X) et cellules distantes du SSU-F et les transmet au CPCC.
Le CPCC constitue alors le plan de prise de vues du satellite pour le lendemain (programmation à J-1), dans un strict respect du partage international et de la confidentialité des demandes. Il est téléchargé dans le satellite CSO via la station polaire de Kiruna, permettant de nombreux contacts chaque jour.
Le satellite exécute les prises de vues et vide les images sur l’une des deux stations, en fonction des opportunités de survol et avec un objectif de réduction de l’âge de l’information. Après inventaire et traitement des données à Creil, les images sont diffusées vers les entités exploitantes. Le nombre de prises de vues réalisables par le système CSO représente un défi important au niveau du satellite, mais également en matière de capacités d’inventaire et production.
Le système est en capacité de modifier à tout moment le plan de travail du satellite pour répondre à des demandes urgentes, s’adaptant au besoin des utilisateurs sur les différents théâtres. La chronologie système peut être également modifiée, en fonction de l’actualité géopolitique.

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