Il y a maintenant plus de 10 000 satellites en orbite, plus qu'à aucun moment de l'histoire, et ce nombre croissant commence à révéler comment les tempêtes solaires pourraient perturber les méga constellations Internet comme Starlink de SpaceX.
Les traces du satellite Starlink, vues de l'espace
Le nombre de satellites en orbite augmente à un rythme effréné, mais nous ne comprenons pas encore bien leur vulnérabilité aux tempêtes solaires – et ce problème ne fera que s'aggraver.
Depuis mai 2019, SpaceX a lancé plus de 10 000 satellites dans sa méga constellation Internet spatial Starlink, bien qu'environ 1 000 d'entre eux soient rentrés dans l'atmosphère terrestre au rythme actuel d'un ou deux par jour. Les satellites sont déployés dans un maillage géant autour de la planète, englobant la quasi-totalité du globe. Cela signifie qu'une tempête solaire et la tempête géomagnétique qui l'accompagne, lorsque le champ magnétique de notre planète fluctue en réponse aux particules chargées et aux champs magnétiques du soleil, sont susceptibles d'influencer au moins certains satellites, quel que soit le moment où elle se produit.
Pour étudier les effets de telles tempêtes sur Starlink, Eunju Kang de l'Université de Californie à Irvine et ses collègues ont examiné les données publiques de suivi par satellite prises lors d'une tempête solaire en mai 2024.
Ils ont constaté qu’au plus fort de la tempête, les satellites Starlink qui se trouvaient du côté de la Terre faisant face au soleil ont connu une baisse d’altitude allant jusqu’à un demi-kilomètre – une petite baisse dans leurs orbites de 550 kilomètres, mais néanmoins significative, car l’atmosphère était affectée par le rayonnement solaire entrant, créant une traînée sur le vaisseau spatial.
Les satellites d'autres régions ont également été fortement touchés, comme ceux proches des pôles terrestres, où le champ magnétique de notre planète canalise davantage de particules chargées du soleil, et ceux situés au-dessus d'une région d'Amérique du Sud appelée l'anomalie de l'Atlantique Sud où, pour des raisons inconnues, le champ magnétique de la planète est plus faible et donc l'atmosphère est plus sensible à l'activité solaire.
Cela a créé un effet inhabituel dans la constellation, selon les données dont disposait l'équipe, explique Kang. « Si un satellite perd son altitude, le satellite voisin devra également compenser », dit-elle, en utilisant ses propulseurs ioniques embarqués pour correspondre automatiquement au satellite affecté, car les satellites communiquent entre eux par des lasers en ligne de mire pour maintenir le réseau, créant un effet ondulatoire tandis que d'autres satellites de la chaîne emboîtaient le pas. «C'est un peu comme des vagues», explique Sangeetha Abdu Jyothi, membre de l'équipe, également à l'Université de Californie à Irvine.
Cela pourrait poser des problèmes aux autres satellites tentant de naviguer autour de la constellation Starlink pour éviter une collision. « Lorsque nous avons moins de prévisibilité des trajectoires, cela peut augmenter le risque de collision », explique Abdu Jyothi.
D’autres données publiques mettent également en lumière l’impact des tempêtes solaires. Certains clients Starlink utilisent un service en ligne appelé RIPE Atlas pour partager l'état de leur connexion. En utilisant ces données, Kang et son équipe ont découvert que des pannes de réseau avaient été signalées lors de la tempête solaire de mai 2024, car les satellites étaient perturbés. « Il y a eu une augmentation immédiate des pertes de paquets », explique Kang, lorsque les données n'atteignent pas leur destination prévue.
La recherche met en évidence les problèmes auxquels les constellations comme Starlink – ainsi que les constellations en développement comme le projet Kuiper d'Amazon et plusieurs efforts en Chine – seront confrontées à l'activité solaire, non seulement en termes de communications, mais aussi pour éviter de grands changements de position qui pourraient provoquer une collision avec d'autres satellites.
En février 2022, une puissante tempête solaire a renvoyé dans l’atmosphère une quarantaine de satellites Starlink tout juste lancés, où ils ont brûlé. Plus tôt cette année, d’autres recherches ont montré que l’augmentation de l’activité solaire accélérait la disparition de certains satellites Starlink.
La tempête solaire de mai 2024 était environ trois fois plus faible que la plus grande tempête solaire jamais enregistrée, l'événement de Carrington de 1859. Une tempête de cette taille record est susceptible de frapper à nouveau la Terre à un moment donné, avec potentiellement de gros problèmes pour les opérateurs de méga-constellations. « Avec une très grosse tempête, ce sera bien pire », déclare Abdu Jyothi. « Mais nous ne savons pas à quel point c'est pire. »
Pour l’instant, nous espérons avoir le temps de nous préparer. La tempête de mai 2024 a frappé au plus fort de l'activité solaire, qui fonctionne selon un cycle de 22 ans. Une puissante tempête peut théoriquement frapper à tout moment, mais elle pourrait commencer à devenir plus probable dans les années 2040, lorsque l'activité de l'étoile culminera à nouveau. D’ici là, il y aura probablement des dizaines de milliers, voire des centaines de milliers de satellites supplémentaires en orbite, contre environ 13 000 aujourd’hui. « Le problème augmente avec le nombre de satellites », déclare Scott Shambaugh, fondateur de Leonid Space, une société américaine qui suit l'impact de la météo spatiale sur les satellites.
« Lorsqu'une tempête solaire frappe, nous ne disposons pas encore de bons modèles prédictifs de la façon dont cela va influencer la traînée sur une échelle de temps plus courte », explique Shambaugh. « Cela signifie que dans les heures ou les jours à venir, vos satellites ne seront pas là où vous pensez qu'ils seront. »
Mathew Owens, de l'Université de Reading, au Royaume-Uni, affirme qu'un domaine particulièrement mal compris est celui des sous-orages, de petites variations de notre atmosphère causées par le réchauffement dû à l'activité solaire, qui peuvent affecter de manière disproportionnée les satellites sur différentes orbites. « Une tempête géomagnétique est composée de très nombreux sous-orages », dit-il, mais « il est incroyablement difficile de les prévoir ».
Les constellations comme Starlink offrent une fenêtre unique sur cette activité, agissant essentiellement comme un réseau de recherche géant de sondes en orbite terrestre. « Ces satellites sont probablement les premières sondes de données dont nous disposons sur la manière dont les variations locales de la traînée atmosphérique se produisent », explique Abdu Jyothi.
