Quand le ballon monte : réseau maillé naval avec des ballons stratosphériques

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De Mark Howard

La coordination d'opérations maritimes réparties, en particulier dans un conflit entre pairs, s'avérera probablement un problème difficile. L'environnement sera fortement contesté et les systèmes de commandement seront accentués. En particulier, le réseau de communication et ISR doit être fonctionnellement fiable et résilient. Le maintien d'un niveau élevé de connaissance de la situation sera essentiel dans tous les aspects des opérations, du déploiement initial des forces à la concentration de la puissance de feu sur les cibles. Le C4ISR des deux côtés comprendra tout, du radar au-dessus de l'horizon à l'écoute souterraine et aux actifs orbitaux spatiaux, qui se combineront pour rendre la grille de surveillance plus transparente. Mais maintenir la bande passante requise pour les communications sur de vastes zones, en particulier à la lumière des brouilleurs adverses et des longues distances entre les commandants de théâtre, sera un défi opérationnel sérieux.1

Les efforts de la marine américaine en matière de guerre de manœuvre électromagnétique visent un avenir où il pourrait n'y avoir que quelques émetteurs dans un espace de combat alors que les forces restantes sont toutes en réception.2 Ces efforts commencent à quitter le laboratoire et à se frayer un chemin dans la flotte, mais beaucoup de travail reste à faire. Pour surmonter ces défis, des ressources importantes sont consacrées à l'amélioration des capacités en orbite terrestre basse (LEO) et des relais UAV résistants au brouillage. Ces efforts reviennent à construire un réseau maillé, un réseau où chaque nœud se connecte directement et de manière non hiérarchique les uns aux autres.3 Ces nœuds sont capables de s'auto-former, de s'auto-réparer et de s'auto-organiser.4 Les réseaux maillés offrent une solution plus résiliente. et type de réseau risqué qui peut mieux répondre aux besoins des combattants dans un environnement contesté.

Ces réseaux maillés émergents, qui dépendent fortement des actifs spatiaux et des drones, devraient être complétés par des ballons stratosphériques. Ces plates-formes proches de l'espace fonctionnent bien au-dessus des aéronefs typiques, mais bien en dessous des satellites LEO, défiant les compteurs conventionnels pour les capteurs à haute altitude et spatiaux. En offrant une forte combinaison d'endurance élevée, de faible coût, de faible encombrement et de charges utiles modulaires, les ballons stratosphériques sont sur le point d'apporter des contributions majeures au réseau maillé dans l'espace de combat.

Capacités et considérations relatives aux bulles

La couverture des ballons est particulièrement large compte tenu de la capacité de la plate-forme à atteindre des altitudes élevées, comme couvrir un espace de plus de 600 miles de diamètre pour un ballon à 65 000 pieds. La capacité d'opérer plus bas que les satellites permet à ces plates-formes de résoudre des caractéristiques à une puissance inférieure et à des distances plus longues. Considérant un point au nadir, les plates-formes de ballons proches de l'espace sont 10 à 20 fois plus proches de leurs cibles qu'un satellite LEO typique de 400 kilomètres de haut.5 Cette différence de distance implique que l'optique sur les plates-formes proches de l'espace peut être beaucoup plus petite pour atteindre des performances similaires. , et il est clair que le coût de lancement de la capacité est bien inférieur à celui des déploiements orbitaux assistés par fusée.

Malgré les récents abattages de ballons qui ont fait la une des journaux, les plates-formes proches de l'espace sont tout à fait viables, et leur nature peu coûteuse et sans pilote les rend relativement risquées. Lockheed-Martin a passé en revue les ballons dans un briefing intitulé "Étude préliminaire : capacité de survie et vulnérabilité des dirigeables à haute altitude"6 et a conclu qu'ils ont des signatures radar et thermiques extrêmement petites qui les rendent particulièrement difficiles pour la plupart des méthodes traditionnelles de suivi et de ciblage. Les estimations de leur section radar étaient de l'ordre du centième de mètre carré. Compte tenu de l'étendue de leurs zones d'opérations en termes de superficie et d'altitude, le simple fait de trouver des ballons serait un défi, sans parler de poursuivre un engagement à haute altitude jusqu'à sa conclusion.

Les ressources spatiales sont si fortement demandées qu'elles ont toujours été difficiles à gérer pour les commandants tactiques. Quelle que soit la mission dont un commandant local peut avoir besoin, il semble toujours y avoir une longue liste de missions stratégiques hautement prioritaires requises par d'autres commandements et autorités d'échelon supérieur. Les ballons proches de l'espace ne relèveraient pas nécessairement de ces mêmes autorités et pourraient être des ressources de champ de bataille plus disponibles qui relèvent du contrôle direct des commandants tactiques et locaux. Ces commandants auront de nombreux besoins qui leur sont propres, mais les deux besoins les plus importants seront probablement les communications persistantes au-delà de l'horizon et les capacités ISR. En exploitant bon nombre de ces plates-formes à coût perdu dans de vastes zones, les commandants tactiques peuvent répondre à bon nombre de leurs besoins en informations.

L'effort de ballon commercial le plus connu est probablement le projet Loon de Google. Ce projet a débuté en 2011 dans le but de fournir un service Internet aux zones sans Internet fiable via un réseau maillé de ballons Internet. Lorsque le projet s'est terminé en 2021, pratiquement tous les défis techniques auxquels l'équipe était confrontée avaient été résolus et le projet a réussi à connecter des centaines de milliers d'utilisateurs à des réseaux de tours de téléphonie cellulaire flottantes opérant dans la stratosphère. La fin du projet était principalement due à des problèmes financiers, car, comme l'a écrit le chef d'équipe, "la route vers la viabilité commerciale s'est avérée beaucoup plus longue et plus risquée que prévu". Indépendamment de la faisabilité commerciale, la faisabilité technique n'était plus une préoccupation majeure.7 D'un point de vue technique, l'équipe a accompli de nombreuses choses qui étaient auparavant considérées comme impossibles, telles que la navigation précise des ballons dans la stratosphère, la création d'un réseau maillé opérationnel dans le ciel, et développer des ballons capables de résister aux conditions difficiles de la stratosphère pendant près d'un an.

L'une des capacités les plus puissantes offertes au commandant local sera une plate-forme persistante qui peut maintenir une station opérationnelle pendant des mois à la fois, et peut-être même plus longtemps. Au moment où le projet Loon s'est terminé, ils avaient atteint une durée de vol moyenne de 161 jours. De plus, les actifs proches de l'espace ne dépendent pas de la charge utile et sont hautement modulaires. Ils peuvent être utilisés comme relais de communication ou plates-formes ISR avec une grande variété de capteurs et d'émetteurs. Alors que les ballons utilisés par le projet Loon étaient limités à environ 260 kilogrammes de charge utile, les dirigeables de suivi que le projet Loon prévoyait d'utiliser auraient été capables de soulever plus de 1 875 kilogrammes. Les capacités de propulsion des ballons utilisés étaient d'environ un mètre par seconde, mais le plan était d'augmenter cela à environ 7,8 mètres par seconde, permettant à la plate-forme de mieux maintenir la station ou de se repositionner plus rapidement vers une nouvelle zone d'intérêt.

Plus il y a de plates-formes, ou de nœuds, dans les airs, plus le réseau maillé est robuste et étendu. Le projet Loon a démontré la capacité de maintenir un réseau maillé point à point en 2020 de 3 500 kilomètres de long. Cette longue portée nécessitait 33 ballons, mais avec une charge utile plus importante, telle que le dirigeable Loon était en train de se développer, l'espoir était de réduire de plus de moitié le nombre de nœuds nécessaires. Les tests aéroportés ont démontré une capacité à maintenir une liaison terrestre de 1 000 kilomètres avec seulement sept nœuds de ballon. D'autres tests ont démontré une capacité à relier deux actifs sur 600 kilomètres. Les principales liaisons de communication se faisaient par radio, mais Loon avait commencé à expérimenter des optiques qui transmettent de grandes quantités de données via des faisceaux lumineux. Ce sous-projet Loon n'a pas été annulé par Google et vit aujourd'hui sous le nom de Project Taara.8 En combinant la transmission de données par faisceau lumineux avec une large présence de ballons connectés, les combattants peuvent déplacer de grandes quantités de données dans tout l'espace de combat en utilisant des méthodes de signature.

Le DOD déploie déjà le répéteur radio SkySat et étend la plate-forme de ballons pour inclure les capacités ISR, mais ces applications semblent limitées aux opérations au sol.9 Ce système étend la liaison radio bidirectionnelle standard de 10 miles à 500 miles et a été utilisé par le Corps des Marines dans les zones avancées. Comme point de départ, la Marine peut tirer parti de ces systèmes existants pour explorer les possibilités d'une future capacité navale de ballons.

Conclusion

Lors de la discussion des ressources proches de l'espace, certains ont mentionné le "facteur de rire" chaque fois que quelqu'un évoque l'idée d'utiliser des ballons à des fins militaires. Tout examen objectif des capacités des ballons stratosphériques permettrait de constater rapidement la robustesse de ces plates-formes et leur grand potentiel pour les applications militaires. Les conceptions traditionnelles de ce à quoi « devrait » ressembler la capacité militaire doivent céder la place à des visions plus nuancées de ce qui est possible dans un paysage technologique en évolution. Dans le cas des ballons stratosphériques, la capacité est déjà assez mature et prête à être exploitée.

Mark Howard est un commandant de la marine à la retraite qui a passé son temps comme officier des contre-mesures électroniques et est diplômé du Naval War College.

Notes de fin

1. Clark, Bryan et Walton, Timothy ; Reprendre les mers transformer la flotte de surface américaine pour la guerre centrée sur la décision, publié par CSBA 2019.

2. Article publié par NAVSEA consulté le 2 juin 2023 : https://www.navsea.navy.mil/DesktopModules/ArticleCS/Print.aspx?PortalId=103&ModuleId=127458&Article=1361428.

3. Lundquist, Edward, Communications tactiques mer-air-terre - L'efficacité et la capacité de survie du réseau ont besoin de plus de nœuds, publié par Mönch Verlagsgesellschaft mbH, Forces navales III-IV/2020, page 40.

4. Bordetsky, Alexandre ; Benson, Stephen ; et Hughes, Wayne, Mesh Networks in Littoral Operations, publié par US Naval Institute Blog, 12 mai 2016.

5. Tomme, Edward, The Paradigm Shift to Effects-Based Space: Near-Space as a Combat Space Effects Enabler, document de recherche n° 2005-01 (Maxwell AFB, AL : Air University, 2005), disponible sur .

6. idem.

7. Dossiers du projet Loon publiés par Google, consultés le 2 juin 2023, .

8. Présentation du projet Taara publiée par Google, consultée le 2 juin 2023, .

9. De Ehrenfried, Manfred ; Ballons stratosphériques - Science et commerce aux confins de l'espace, publié par Springer Praxis Publishing, Chichester, Royaume-Uni 1ère éd. 2021.

Image en vedette : Un ballon à haute altitude transportant des instruments HySICS vers la partie la plus externe de l'atmosphère terrestre est gonflé à l'hélium au lever du soleil le matin du 29 septembre 2013. (Photo de la NASA via l'équipe HySICS/LASP)