Les satellites chinois et la surveillance maritime

Analyse des satellites de reconnaissance chinois et de leurs capacités de surveillance maritime

 

Contexte historique

 

Malgré la conquête de la Chine continentale par Mao en 1949, une province résiste encore et toujours à l’envahisseur. Cette province, c’est Taïwan, où s’est réfugiée la République de Chine. Séparée du continent par une grosse centaine de kilomètres, elle a su défendre son indépendance grâce à l’appui militaire des États-Unis, qui sont intervenus à plusieurs reprises. Le dernier épisode en date a eu lieu en 1996: après la visite du président taïwanais aux USA, la République Populaire de Chine (RPC) répondit par des exercices militaires de grande ampleur. Les américains répliquèrent par une démonstration de force en envoyant deux porte-avions dans la région, forçant la RPC à s’incliner. Déterminée à ne pas se laisser impressionner ainsi à l’avenir, celle-ci lança dans les années qui suivirent de nombreux programmes militaires, pour dissuader les USA d’intervenir à nouveau.

Un des objectifs principaux de ces programmes est de mettre fin à la quasi invulnérabilité des porte-avions américains: un porte avion et le groupe aéronaval associé sont extrêmement bien défendus. Ils sont également très mobiles, ce qui pose problème car avant de pouvoir les menacer, il faut d’abord les trouver.  Un navire à 20 noeuds pouvant parcourir plus de 800km par jour, la localisation d’un groupe aéronaval au milieu de l’océan est donc un jeu de cache-cache à haut risque.

Une des solutions chinoises à ce problème a été de se doter d’un vaste système de renseignement satellitaire capable de surveiller les océans, comprenant des constellations de renseignement électronique, d’imagerie optique et radar. Cet article vous propose de passer en revue ces constellations, puis d’évaluer à quelle point ces capacités de surveillance maritime fournissent à la Chine une vue précise et complète de la situation en mer.

 

I. Le système ELINT

 

Constellation JianBing 8

Satellites: Yaogan 9, 16, 17, 20, 25

Type: ELINT (+ optique & SAR?)

Orbite: 1100x1100km,  63°

 

Yaogan 9 ? (CAST)

Yaogan 9 ? (CAST)

 

Cette constellation est formée de 3 plans orbitaux, inclinés à 63°. Les satellites y sont lancés par triplet évoluant en formation serrée. Ces caractéristiques sont similaires à celles de la constellation de satellites américains NOSS/INTRUDER, qui sert à détecter, identifier et localiser les émissions radar et de télécommunication, en particulier celles des navires de guerre. La constellation JB-8 remplit donc la même fonction.

Elle ne peut détecter ainsi les navires que si ils ne sont pas sous silence radio, ce qui est souvent le cas des bâtiments de guerre en période de tension. Même sans être sous silence radio, il suffit d’éteindre son radar quand les satellites passent au-dessus du navire (environ 20 minutes toutes les 2 heures) pour ne pas être détecté. Cela étant, ils peuvent probablement également détecter les avions d’alerte avancée lancés depuis un porte-avion, ce qui donne une idée générale de la localisation de ce dernier.

Certaines sources mentionnent que chaque triplet emporterait un système optique et radar. Si c’est le cas, ces systèmes ont probablement une couverture limitée:  les 3 satellites d’un même triplet volent proches les uns des autres, donc ils ont les mêmes limites d’angle de vue. De plus, il serait plus logique de prendre le temps d’analyser le renseignement électronique fournit par ces satellites puis ensuite d’orienter les capteurs d’autres satellites passant après pour lever des doutes. Néanmoins on ne peut pas l’exclure.

5 triplets ont été lancés, les 3 derniers remplaçant les 2 premiers qui commencent à se faire vieux:

 

Satellite Heure locale de passage Année de lancement Commentaires
YG 9 a/b/c Variable, l’orbite n’est pas héliosynchrone 2010
YG 16 a/b/c idem 2012
YG 17 a/b/c idem 2013
YG 20 a/b/c idem 2014 Remplace YG 9 probablement
YG 25 a/b/c idem 2014 Remplace YG 16 probablement

 

 

Les 3 plans orbitaux de JB-8

Les 3 plans orbitaux de JB-8

 

Trace au sol d'un vieux triplet et de son remplaçant

Trace au sol d’un vieux triplet et de son remplaçant

 

Trace au sol des 3 triplets récents

Trace au sol des 3 triplets récents

 

Constellation Yaogan-30

Satellites: Yaogan-30-01 A/B/C, Yaogan-30-02 A/B/C

Type: probablement ELINT

Orbite: 600x600km inclinée à 35°

YG-30

Les trois satellites de la constellation YG-30 Groupe 02 (Image : CCTV)

Cette constellation est conçue pour fournir une vitesse de revisite élevée. Ses premiers satellites ont été lancés en 2017, et servent probablement à l’écoute électronique. Un autre article en explore les détails.

 

 

II. Le système radar

 

Constellation JianBing 7

Satellites: Yaogan 6, 13, 18, 23

Type: SAR

Orbite: polaire héliosynchrone, 520x520km

 

Yaogan 13

Yaogan 13

 

Les satellites radar à synthèse d’ouverture (SAR) très utilisés pour la reconnaissance maritime de par leur large fauchée (la largeur au sol de l’image collectée par le satellite), pouvant atteindre plusieurs centaines de kilomètres. Cela permet de détecter des navires dont on n’a qu’une très vague idée de la position, et ce quelque soient les conditions météo. Par contre, lorsqu’ils sont utilisés en mode large fauchée, la résolution est dégradée et tombe à quelques dizaines de mètres, rendant l’identification des navires difficile. Un autre système, ou une autre passe de satellite en utilisant le mode haute résolution est donc nécessaire.

Pour l’observation de la terre, les modes haute résolution peuvent être plus facilement utilisés, vu que la position des zones à observer est en général connue.

 

Images SAR haute-résolution. On voit que l'identification des navire nécessite de l'entrainement

Images SAR haute-résolution. On voit que l’identification des navire nécessite de l’entrainement

 

Contrairement aux satellites optiques classiques, le radar permet également de voir la nuit, ce qui permet de rafraichir l’information plus souvent.

La constellation est composée comme suit:

Satellite Heure locale de passage Année de lancement Commentaires
YG 6 9h40 2009
YG 13 12h40 2011
YG 18 10h 2013 Remplace YG 6 probablement
YG 23 13h20 2014 Remplace YG 13 probablement

 

Orbites de la constellation JB-7

Orbites de la constellation JB-7

 

Les satellites évoluent par paire, une passant le matin et une autres le soir. Chaque paire comprend un satellite récent et un autre plus ancien et peut-être hors service. Si les 2 satellites d’un même plan sont actifs, permet une revisite en tous les jours avec un angle de vue maximal d’environ 45°, et ce le matin, l’après midi et 2 fois au cours de la nuit. Comme les orbites sont héliosynchrones, un satellite repasse toujours à la même heure au-dessus d’un endroit donné. Les heures indiquées dans le tableau ci-dessus sont pour un point à l’équateur, pour un point nettement plus au Nord ou au Sud l’horaire est décalé de quelques minutes.

L’ image ci-dessus de YG-13 ressemble à celle Gaofen-3, un satellite SAR civil chinois, lancé en 2016. Pour donner un ordre d’idée, Gaofen-3 a une résolution maximale de 1m, et une largeur de fauchée maximale de 650km depuis orbite 730x730km. Même avec une paire de satellites de ce type, ce ne serait pas suffisant pour couvrir la totalité des océans et détecter tous les navires, mais c’est assez large pour trouver un navire déjà grossièrement localisé ou couvrir une région d’intérêt particulier.

 

Gaofen 3

Gaofen 3

 

Constellation JianBing 5

Satellites: Yaogan 1, 3, 10, 29

Type: SAR

Orbite: Polaire héliosynchrone crépusculaire, 620x620km

Yaogan 1

Yaogan 1

 

Cette constellation est également une constellation SAR, mais les satellites volent plus haut et sont sur une orbite crépusculaire: ils passent à l’aube et au crépuscule. De cette façon leurs panneaux solaires sont toujours illuminés et ils disposent de plus de puissance électrique.

La constellation est probablement composée d’uniquement 2 satellites actifs:

 

Satellite Heure locale de passage Année de lancement Commentaires
YG 1 6h00 2006
YG 3 5h20 2007
YG 10 5h20 2010 Remplace YG 1 ou 3 probablement
YG 29 4h40 2015 Remplace YG 1 ou 3 probablement

 

Orbites de la constellation JB-5

Orbites de la constellation JB-5

 

Avec 2 satellites actifs, cette constellation garantirait une passe à l’aube et une passe au crépuscule tous les jours à un angle de vue maximal de 45° environ.

 

III. Le système optique

 

Constellation JianBing 6

Satellites: Yaogan 2, 4, 7, 11, 24, 30

Type: Optique

Orbite: Polaire héliosynchrone, 630x630km

 

Yaogan 11 (CCTV)

Yaogan 11 (CCTV)

 

Cette constellation optique a probablement deux ou trois satellites actifs. Elle est placée sur une orbite très classique pour une constellation optique, et assure des revisites le matin et l’après-midi.

Si l’on en croie l’image ci-dessus, ces satellites emportent deux caméras, probablement pour étendre leur margeur de fauchée. On retrouve ce système sur les satellites civils chinois Gaofen 1 (2m de résolution, 69km de fauchée) et 2 (0.8m de résolution, 45km de fauchée). C’est une caractéristique assez originale, les satellites non chinois à résolution métrique ou mieux n’emportant en général qu’une seule caméra. Un système à double caméra peut aussi servir à acquérir des images stéréoscopiques de façon systématique, pour générer des modèles numériques de terrain. Dans ce cas là la fauchée n’est pas étendue par rapport à une caméra seule.

En tout état de cause, ces satellites ne semblent pas avoir une fauchée assez large pour être très utiles en surveillance maritime: une fauchée de 70km ne permet pas de couvrir un large espace pour y détecter les navires présents. Même pour identifier des navires dont on connait la position, une telle fauchée signifie qu’un navire allant à 30 noeuds peut sortir du champ de vue en une quarantaine de minutes, donc il faut disposer d’un position très récente pour pouvoir l’imager.

Satellite Heure locale de passage Année de lancement Commentaires
YG 2 12h40 2007
YG 4 6h00 2008 Passe trop tôt pour un satellite optique, probablement HS
YG 7 15h40 2009
YG 11 9h00 2010
YG 24 13h00 2014 Remplace YG 2 probablement
YG 30 9h00 2016 Remplace YG 11 probablement

 

Orbites de la constellation JB-6

Orbites de la constellation JB-6

 

Constellation JianBing 10

Satellites: Yaogan 5, 12, 21

Type: Optique

Orbite: Polaire héliosynchrone, 500x500km

Yaogan 5

Yaogan 5

 

Cette seconde constellation optique est placée sur une orbite plus basse, et passe uniquement le matin. Elle a donc probablement une plus haute résolution que JB-6. Sur l’image ci-dessus, on voit qu’elle disposerait aussi d’un système à double caméra, ainsi que d’un système de relais de données en passant par un satellite géostationnaire (l’antenne rouge pointant vers le haut). Ce système de relais de donnée serait assuré par les 3 satellite de communication Tianlian, et est probablement présent sur tous les satellites de reconnaissance chinois.

Ces satellites ont donc probablement les mêmes limitations que ceux de la constellation JB-6 en surveillance maritime.

Satellite Heure locale de passage Année de lancement Commentaires
YG 5 deorbité 2008
YG 12 10h 2011
YG 21 10h30 2014

 

Orbites de JB-10

Orbites de JB-10

 

Constellation JianBing 11 (?)

Satellites: Yaogan 14, 28

Type: optique

Orbite: Polaire héliosynchrone, 500x500km

 

Yaogan 14

Yaogan 14

Cette constellation semble être le pendant après-midi de JB-10.

Satellite Heure locale de passage Année de lancement Commentaires
YG 14 14h 2012
YG 28 14h 2015

 

Constellation JianBing 12 (?)

Satellites: Yaogan 26

Type: Optique

Orbite: Polaire héliosynchrone, 500x500km

 

Yaogan 26

Yaogan 26

 

Ce satellite est placé sur une orbite similaire à la constellation JB-10, mais pourrait être d’un type différent. Selon l’image ci-dessus, il n’emporterait qu’un seul télescope de fort diamètre. L’institut d’optique de Changchun travaille sur des miroirs de taille importante, et une miroir de 1.3 à 1.6m de diamètre pourrait donner à ce satellite une résolution de 20 à 25cm au sol, fournissant à la Chine des images extrêmement haute résolution. Une telle résolution viendrait au détriment de la largeur de fauchée, rendant le satellite peu exploitable pour la surveillance maritime.

 

Satellite Heure locale de passage Année de lancement Commentaires
YG 26 11h 2014

 

Constellation JianBing 9

Satellites:  Yaogan 8, 15, 19, 22, 27

Type: Optique

Orbite: Polaire héliosynchrone, 1200x1200km

 

Cette constellation est placée sur une orbite curieusement haute pour des satellites optiques. A cette altitude, la résolution est dégradée, mais les capacités de revisite sont accrues. La constellation comprend une paire de  satellites passant le matin et une autre l’après-midi. Cela permet un accès tous les jours avec un angle de vue maximum faible (environ 25°), et même une revisite rapide: les deux satellites d’une même paire se suivent à 10 minutes d’écart. Ils peuvent observer successivement la même zone  avec un angle de vue maximal acceptable (environ 45°), et ainsi estimer la vitesse d’un navire par exemple.

D’après une page dédiée à l’académicien Ren Jianyue, cette constellation sert à la surveillance maritime, en combinant une large fauchée et une haute résolution. Les satellites embarquent un télescope hors axe de type Cook-TMA, en carbure de silicium, permettant l’identification de navires grâce à une fauchée large (<1000km) et une résolution <10m. Si l’on s’en réfère à l’échelle NIIRS américaine, l’identification du type des navires nécessite une résolution d’au moins 4.5m. La classification précise elle, nécessite une résolution de 80cm. JB-9 est donc probablement quelque part entre les deux.

 

Le télescope Cook-TMA de EO-1

Le télescope Cook-TMA de EO-1

 

Ce type de télescope a été employé par la NASA sur le satellite EO-1, et ce système fournit un champ de vue de 15°, soit une fauchée de 185km depuis une orbite de 700km, à 10m de résolution. Son architecture à l’air cohérente avec l’image de Yaogan-8 ci-dessus; un champ de vue autour d’une vingtaine de degrés serait cohérent avec l’angle des baffles du télescope observé sur les images de JB-9. Un instrument du même type à l’altitude des JB-9 aurait une fauchée de 320km, comparable aux satellites SAR, mais avec une capacité d’identification bien meilleure.

Comme la constellation offre des revisites fréquentes, cela permettrait d’identifier et de suivre les navires importants avec peu de chance de les perdre ou de les confondre avec d’autres. La fauchée serait suffisamment large pour qu’entre 2 revisites, un navire rapide n’ait pas le temps de sortir du champ de vue.

De plus, la fauchée peut potentiellement être augmentée en repointant le satellite. Les satellites les plus agiles comme Spot 6 peuvent ainsi imager un carré large de 6 fois leur fauchée, en une seule passe. L’agilité des JB-9 est certainement plus faible, vu leur large panneaux solaires, mais il n’est pas impossible qu’ils puissent doubler leur fauchée en se repointant.

 

Satellite Heure locale de passage Année de lancement Commentaires
YG 8 7h40 2009 L’heure locale est très tôt pour un satellite optique, il est peut-être HS
YG 27 09h40 2015
YG 19 10h20 2013
YG 22 13h 2014
YG 15 14h 2012

 

Le vol par paire des JB-9

Le vol par paire des JB-9

 

Trace au sol des JB-9

Trace au sol des JB-9

 

Il est également possible que ces satellites emportent un système infrarouge thermique, permettant de détecter et peut-être d’identifier les navires la nuit, ou un système basse résolution mais ultra large champ comme celui emporté par le satellite civil Gaofen-1. Avec une telle caméra à 1200km d’altitude, la fauchée serait de 1550km et la résolution de 30m, suffisant pour couvrir la totalité des océans et détecter les grand navires (pétroliers, porte-avions).

 

La caméra champ large de Gaofen-1

La caméra champ large de Gaofen-1

 

Trace au sol de la caméra champ large de GF-1, en vert. A 1200km d'altitude elle serait 2 fois plus large.

Trace au sol de la caméra champ large de GF-1, en vert. A 1200km d’altitude elle serait 2 fois plus large.

 

Ces satellites ont également un air de famille avec Gaofen-8, qui vole cependant nettement plus bas à 500km.

 

Gaofen 4

Type: Optique

Orbite: Géostationnaire, 105°E

 

 

Gaofen 4 est un satellite unique en son genre: lancé en 2015, c’est le seul satellite haute-résolution connu à être en orbite géostationnaire. Avec une résolution de 50m, il surpasse d’un facteur 10 les satellites météo sur cette orbite. Comme il reste en permanence à la verticale de Singapour, il peut revisiter extrêmement fréquemment une même scène, et fournir une séquence vidéo permettant de détecter les changements sur un temps court. Son champ de vue est de 400km pour une image, et il peut prendre cette image n’importe ou en Extrême-Orient et à n’importe quel moment. Un capteur infrarouge à 400m de résolution lui permet d’imager la nuit.

Ces caractéristiques permettent au satellite de détecter et suivre les grands navires (pétroliers, porte-containeurs, porte-avions), et probablement de déterminer leur type grâce à leur vitesse, leur route et leur signature thermique. La détection de bâtiments plus petits est probablement également possible.

 

IV. Analyse des capacités du système global

 

On peut aborder la surveillance maritime de deux manières différentes:

  1. détecter et identifier tous les navires sur une zone plus ou moins large
  2. une fois identifiés, suivre au cours du temps uniquement les navires d’intérêt

 

Pour évaluer les capacités du système chinois de reconnaissance, prenons des  hypothèses conservatrices sur les capacités des satellites :

  • En temps de crise les navires de guerre limitent fortement leurs émissions, ce qui rend le système ELINT aveugle.
  • Les constellations SAR n’ont que 2 satellites actifs chacune
  • Les satellites SAR ont une fauchée de 300km, et une résolution insuffisante pour identifier les navires.
  • Les satellites optiques en orbite basse n’ont pas une fauchée suffisante pour être utiles, excepté la constellation grand champ JB-9.
  • Pour la constellation JB-9, les satellites ont une fauchée de 300km et ne peuvent pas imager la nuit. Elle a 4 satellites actifs.
  • Le satellites peuvent imager 10 minutes par orbite, ce qui donne une longueur de fauchée maximale de 4000km.
  • Le satellite géostationnaire Gaofen-4 ne peut pas détecter de navires plus petits qu’un porte-aéronef.

 

Pour un endroit donné, au cours d’une même journée, il y a donc 12 passes de satellites:

 

Heure locale des passe de satellites au cours de la journée

Heure locale des passes de satellites au cours de la journée

 

Détection et identification

Pour ce qui est de la détection de tous les navires sur une zone large, en première approximation (sans prendre en compte le mouvement des navires) la grandeur intéressante est le champ de vue total des satellites, rapporté à la distance au sol entre deux passes. En effet, si un satellite a un champ de vue de 3000km, et que quand il passe à verticale d’un point pendant une orbite, il passe 3000km plus loin lors de l’orbite suivante (ce qui est typique pour un satellite en orbite basse), alors il est capable de balayer la totalité de la surface terrestre.

Avec les hypothèses précédentes la fauchée combinée serait de 300km x 12 = 3600 km. Le système pourrait donc assurer un balayage complet sur une zone de 4000km dans la direction Nord-Sud, et d’au moins 3200km dans la direction Est-Ouest, au cours d’une même journée. Cependant, comme seuls les JB-9 peuvent identifier un navire, l’identification des navires ne serait possible que sur un tiers de la superficie, ce qui permettrait à certains navires de passer au travers du filet pendant un certain temps.

 

Suivi au cours du temps

Pour ce qui est de suivre un navire préalablement identifié au cours du temps, pour pouvoir le localiser à intervalles régulier, il faut idéalement que les passes soient réparties à intervalle régulier au cours de la journée. Ce n’est pas le cas, et il peut donc s’écouler jusqu’à 4h40 entre deux passes successives (YG10 et YG18 le soir). C’est assez pour qu’un navire parcoure 250km à 30 nœuds, et donc si il a changé de cap, sorte probablement du champ de vue du satellite chargé de le suivre.

De plus, les satellites SAR volant relativement bas, ils n’ont qu’une chance sur deux de passer suffisamment au dessus d’un navire donné pour pouvoir l’imager. Un navire rapide manœuvrant souvent a donc de bonne chances d’échapper régulièrement à la surveillance de la constellation, la forçant à repasser dans une phase de recherche.

Cependant, autour de 10h00 et 13h30 locales, les passes de paires de satellites JB-9 permettent de fournir la position, le cap et la vitesse d’un navire (si le premier satellite a réussi à trouver le navire, le deuxième peut le retrouver et ainsi calculer sa vitesse moyenne), et de confirmer son identification. Cela fournit une piste solide qui pourrait servir de solution de tir à des missiles rapides comme les DF-21D, ou à des missiles plus classiques lancés depuis un navire ou un avion déjà placé proche de la cible.

 

Conclusion

 

La Chine dispose d’une triple capacité radar, optique et électronique de détection, d’identification et de suivi des navires à la mer. Même sans prendre en compte la capacité de suivi en temps réel depuis l’orbite géostationnaire, la constellation optique grand champ JB9 et les constellations SAR JB-5 et JB-7 permettent de balayer tous le jours une vaste zone pour un trouver des contacts d’intérêt, et d’avoir de bonnes chances de rafraichir les pistes des contacts les plus intéressants toutes les quelques heures, même pour les navires sans émissions électromagnétiques. En conséquence, il parait improbable qu’un groupe naval adverse arrive à se cacher longtemps dans l’océan.

Cependant en cas de couverture nuageuse très importante, seuls les satellites SAR pourront être utilisés, ce qui peut sévèrement limiter les capacités d’identification et de suivi du système. Cela ne veut pas dire que la Chine serait aveugle: d’autres moyens de détection, comme ses radars transhorizon, ou tout simplement ses avions à long rayon d’action peuvent compléter le système satellitaire, et ainsi sérieusement remettre en question l’invulnérabilité des portes-avions américains à la mer. L’intervention des États-Unis d’intervenir dans une nouvelle crise de Taiwan serait donc beaucoup plus risquée, et du coup beaucoup moins probable.

 

Sources

 

(en chinois)

Article sur la reconnaissance océanique de la revue Jianchuanzhishi

Biographie de l’académicien Ren Jianyue

Vue d’ensemble des activités de l’institut d’optique de Changchun

Capacité de suivi des navires de Gaofen-4

(en anglais)

Page eoportal sur le satellite EO-1

Page eoportal sur Gaofen-1

Page eoportal sur Gaofen-2

Liste des satellites militaires chinois sur Gunter’s space page


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Astronome amateur à mes heures perdues, je suis aussi passionné par le secteur spatial, en particulier l'observation de la Terre. Je tiens un blog sur le sujet: http://satelliteobservation.wordpress.com et également un compte twitter: https://twitter.com/stromgade

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  • Merci Clément pour ce premier article très complet et très riche en contenu. C’est le premier sur ce sujet en français que j’ai vu jusqu’à maintenant.

    Je t’ai envoyé par mail quelques éléments complémentaires, qui pourraient peut-être alimenter ton prochain article ?

    Il serait intéressant de se focaliser sur une région ou une zone géographique particulière, par exemple de l’Océan indien jusqu’à la deuxième chaîne d’îles, pour voir quand et comment il pourrait avoir des « trous » permettant aux groupes aéronavals de passer à la trappe.

    Amicalement,

    Henri

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