Mars
2024
sommairE
ENJEUX
NUMéRIQUES
Ce numéro a été coordonné par
Nicolas KUHN et Laurent TOUTAIN
N° 25
Préface
Par Grégoire POSTEL-VINAY
Rédacteur en chef des Annales des Mines
Introduction : Quand le sage montre la Terre
Par Laurent TOUTAIN
IMT Atlantique
et Nicolas KUHN
Thales Alenia Space
Les acteurs, la Terre vue de plus ou moins haut
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Les satellites
Par Valérie FOIX et Jean-Philippe TAISANT
Centre national d’études spatiales (Cnes)
Apparus à la fin des années 1960 sur fond de guerre froide, les satellites artificiels ont progressivement couvert de nombreux secteurs applicatifs, civils et militaires, tels que les télécommunications, l’observation de la Terre et la navigation, pour compter environ 2 000 objets en orbite à la fin des années 2010. Depuis une dizaine d’années, des ruptures technologiques comme la numérisation des charges utiles, la miniaturisation des équipements et des satellites ainsi que l’utilisation de composants commerciaux, ont accéléré la démocratisation de l’espace et le déploiement de constellations, modifiant l’écosystème existant et les modèles économiques traditionnels. Cette accélération de l’occupation de l’espace consécutive à la multiplication des usages et des services, dans un contexte de commercialisation accrue de l’orbite, ainsi qu’au renforcement de la militarisation du secteur, pose en toile de fond la question de la pérennité de son utilisation.
Les HAPS (High Altitude Permanent System)
Par Michel MASSELIN
Vice-président des ventes de Stratobus
Les récents progrès technologiques permettent d’envisager une nouvelle capacité à base de drones aéroportés : les HAPS (High Altitude Permanent System) tel que le Stratobus. Celui-ci est un dirigeable stratosphérique capable d’opérer pendant une durée de l’ordre de l’année, à une altitude de 19 km, et d’emporter une charge utile de 250 kg avec une puissance de 5 kW. Les applications pour l’observation de la Terre sont complémentaires des applications satellitaires, et permettent de déployer un moyen d’observation souverain et indépendant, offrant une permanence d’observation et une résolution optique inégalable. De plus, ils sont déplaçables pour se positionner au-dessus de zones inaccessibles, ou fragiles écologiquement, ou par suite d’un désastre naturel. Le projet Stratobus a été sélectionné en 2016 dans le cadre de la Nouvelle France Industrielle, ce qui a permis de lancer la conception, puis sélectionné dans le cadre du Fond Européen de Défense pour réaliser des démonstrateurs qui voleront à partir de 2025 dans le stratoport des Canaries.
Le marché international des lanceurs
Par Hervé GILIBERT
Directeur technique au sein d’ArianeGroup
Depuis une dizaine d’années, le domaine des lanceurs spatiaux est l’objet de profondes mutations, dans toutes ses dimensions : les techniques de lancement, les technologies associées, le modèle économique, les organisations industrielles, l’association et les implications respectives du public et du privé... Est-il en train d’évoluer vers une classique économie de marché ? Cette question n’a pas de réponse définitive à ce stade. Repartant des fondamentaux qui ont donné lieu à l’émergence du transport spatial il y a 60 ans, retraçant ces 60 années de progrès et de transformations successives jusqu’à l’accélération actuelle, nous pesons les enjeux en présence, nous considérons à la fois les extraordinaires perspectives identifiées pour les 2 décennies à venir, le caractère « intense en capital » et le caractère stratégique et dual du domaine, et nous tentons modestement d’éclairer la question.
Contextes, enjeux transversaux
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Aspects juridiques : les fréquences
Par Alexandre MARQUET et Thomas WELTER
Agence Nationale des Fréquences (ANFR)
Les be soins satellites sont intimement liés à leurs besoins en communications, qui s’effectuent nécessairement sans-fil. Dans ce contexte, et vu l’aspect intrinsèquement mondial des déploiements spatiaux, une part importante des aspects juridiques liés au spatial est liée aux aspects réglementaires ayant traits aux radiocommunications. Ces derniers sont l’objet des travaux techniques et réglementaires, ainsi qu’aux procédure mises en place par le secteur Radiocommunication de l’Union Internationale des Télécommunications (UIT-R). L’Agence Nationale des Fréquences (ANFR) est l’interlocuteur français unique de l’UIT-R. À ce titre, elle est en charge de l’accompagnement de l’industrie et des entités étatiques françaises dans leurs démarches auprès du Bureau des radiocommunications de l’UIT-R, ainsi qu’auprès des autres administrations dans le cadre des processus de coordination. Elle est également en charge des études techniques, de la consolidation et de la défense des intérêts français liés aux ressources orbites-spectre.
Régulation des objets volants : une histoire centenaire à l’aube de la révolution digitale
Par Louis TEODORO, Pascale ROBERT et Orian DHEU
Direction générale de l’Aviation civile (DGAC)
Des origines de la réglementation de la navigation aérienne internationale, prescriptive, à l’aviation innovante, les bases réglementaires de l’aviation civile internationale semblent avoir atteint leurs limites. Avec les évolutions techniques majeures qu’apporte le numérique à l’aviation civile depuis quelques années déjà, des modifications profondes des divers processus de certification et agréments et, plus généralement, du droit aérien devront voir le jour afin d’assurer un maintien des niveaux de sécurité des passagers et des tiers.
Le mythe des frontières disparues
Par Jacques ARNOULD
Expert éthique au Centre national d’études spatiales (Cnes)
Voir la Terre depuis l’espace : ce pouvoir acquis grâce à l’astronautique ne finit pas de nous fasciner. Sans doute les mieux placés parmi nous, les astronautes répètent que, depuis là-haut, presque toutes les frontières terrestres disparaissent : des propos sans doute exagérés. Non seulement nous avons besoin de diversifier le regard que nous portons sur le réel et sur nous-mêmes, mais nous devons aussi reconnaître l’existence de frontières nécessaires, l’exigence de laisser et de respecter la place de soi et celle de nos alter ego.
Les enjeux juridiques de l’observation de la Terre depuis l’espace dans le contexte de la nouvelle économie spatiale
Par Philippe CLERC
Responsable de la conformité et de l’éthique d’entreprise à l’Inspection générale du Cnes
Cet article met en perspective les enjeux publics, privés et juridiques qui ont jalonné la construction de l’observation de la Terre depuis l’espace, de ses origines dans les années 1960, jusqu’à nos jours à l’heure du Big Data. Il détaille les caractéristiques les plus saillantes de son cadre juridique afin de préciser dans quelles conditions cette observation est-elle licite, comment les investisseurs ou exploitants peuvent-ils protéger le résultat de leur effort, et comment leurs données doivent être mises à disposition sur un marché concurrentiel ou auprès du grand public ? Cette réflexion intègre les bouleversements techniques et politiques qui ont frappé cette activité, aux échelles nationale, européenne et internationale, en suivant l’essor de la conquête spatiale, le développement de l’informatique, de l’internet, des applications mobiles, de l’économie numérique mondialisée, puis l’avènement du New Space ; tout cela concomitamment à l’émergence de législations qui d’une part permettent d’assurer la protection intellectuelle, la réservation, le contrôle voire l’exclusivité de l’exploitation de ces données d’origine spatiale et d’autre part peuvent en imposer l’accès libre et gratuit, l’open data, tout en en préservant certaines restrictions.
Nanosat : une révolution de petite taille
Par Imane EL KHANTOUTI et Didier DONSEZ
Centre spatial universitaire de Grenoble (CSUG)
L’avènement des nanosatellites a transformé et démocratisé l’accès à l’espace en présentant une option plus économique et modulaire par rapport aux satellites traditionnels. Ces satellites compacts et normalisés sont utilisés dans divers domaines, de l’observation de la Terre aux télécommunications, alimentant ainsi la dynamique du New Space. Le déploiement des nanosatellites est réalisé par des acteurs privés et des institutions académiques. Cette approche se caractérise par des technologies légères, des cycles de développement courts, l’agilité dans la gestion de projet et une tolérance accrue à l’échec, se distinguant ainsi de l’approche plus classique de l’Old Space. L’écosystème du New Space englobe une variété d’acteurs, des équipementiers, aux transporteurs, aux lanceurs, aux agences gouvernementales et aux universités. Malgré les opportunités offertes par les nanosatellites, des défis persistent, notamment la gestion des débris spatiaux, les interférences radio dans les communications et les menaces de cyberattaques.
Une technologie de rupture pour la détection et la géolocalisation de navires en mer
Par Rachid NEDJAR
Directeur marketing Unseenlabs
et Maël TORCA
Chargé de communication Unseenlabs
Alors que les activités humaines impactent de plus en plus notre planète, nos mers et océans font face à des défis considérables : protection de la biodiversité, réchauffement climatique, conflits entre nations et multiplication des activités illégales (piraterie, surpêche, trafic de matières illicites, pollution…) difficiles à contrôler. Malgré les réglementations, les quotas et les contrôles, les systèmes de sécurité maritime conventionnels montrent leurs limites et ne fournissent pas une vue exhaustive des activités humaines en mer, et de leurs conséquences parfois néfastes. En effet, les zones maritimes à protéger sont très vastes, souvent loin des côtes et les systèmes de sécurité dits coopératifs (AIS1 , VMS2 ) peuvent être désactivés, ou manipulés. Unseenlabs a mis au point une technologie de détection radiofréquence par satellite pour détecter, géolocaliser et suivre n’importe quel navire en mer coopératif ou pas, à tout moment du jour ou de la nuit, quel que soit l’endroit du globe et les conditions météorologiques. Cette capacité, pleinement opérationnelle depuis 5 ans, offre une solution novatrice pour l a préservation des océans et la sécurité mondiale, et ouvre de nouveaux horizons pour la surveillance maritime depuis l’espace. L’objectif de cet article est de montrer comment la technologie d’Unseenlabs révolutionne la surveillance maritime.
Les applications de l’observation de la Terre
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Des cartes pour panser le monde
Par Sébastien SORIANO
Directeur général de l’Institut national de l’information géographique et forestière (IGN)
À l’heure des grands changements environnementaux, les cartes doivent devenir des boussoles pour naviguer dans l’anthropocène et corriger nos excès. Un pan entier de la politique publique de la donnée est à structurer. Fournir de bonnes cartes aux décideurs peut les aider à être ambitieux et même courageux. Cette révolution de la cartographie est à la fois démocratique et technologique. Démocratique car il ne faut pas seulement ouvrir la donnée mais la co-construire, en faire un commun avec les acteurs de terrain. Il y a là un immense défi, qui est de « désiloter » les initiatives d’acteurs souvent éclatés. Technologique car seuls l’IA et les jumeaux numériques permettront de piloter à temps les changements nécessaires.
Pour cartographier le territoire, des technologies en haute altitude
Par Valérie DERÉGNAUCOURT
Institut national de l’information géographique et forestière (IGN)
Imagerie spatiale, intelligence artificielle, technologie LiDAR… Pour cartographier le territoire et faire parler finement les observations aériennes et spatiales, l’IGN déploie en continu un bouquet technologique de pointe. Explications.
La mesure des émissions de CO2 depuis l’espace et la compréhension de leurs évolutions
Par Philippe LANDIECH
Chef de projet MicroCarb au Centre national d’études spatiales (Cnes)
et François Marie BRÉON
Responsable scientifique de la mission MicroCarb, CEA-LSCE
Le CO2 est le principal gaz à effet de serre dont l’augmentation de la concentration dans l’atmosphère est responsable du changement climatique. La concentration « de fond » en augmentation annuelle de l’ordre de 2,5 ppm, est mesurée au sol avec une très haute précision sur une centaine de sites dans le monde. Cette concentration montre des variations saisonnières importantes en particulier dans l’hémisphère nord. Ces variations sont dues aux flux naturels du carbone : absorption par les végétaux par le processus de la photosynthèse, émissions lors de la respiration des plantes, échanges avec les masses d’eau océaniques… Le principe de ces échanges est bien compris mais ils sont encore mal quantifiés. En plus du besoin de connaître les émissions anthropiques de CO2 et leur évolution dans le temps, cette meilleure quantification des flux naturels passe par une mesure dense aussi bien spatialement que temporellement des concentrations. L’observation spatiale est bien adaptée à cet objectif. Le satellite MicroCarb, de 180 kg, développé par le Cnes et emportant un spectromètre à réseau dispersif compact, devrait être lancé en 2024 et prendre le relais du satellite OCO-2 de la NASA, précurseur en la matière. Des satellites opérationnels devraient leur succéder, afin de remplir ce besoin de densification des mesures, notamment dans le cadre du projet européen Copernicus.
Observer la Terre et son atmosphère pour améliorer les prévisions météorologiques
Par Philippe CHAMBON et Quentin LIBOIS
Direction de l’Enseignement supérieur et de la Recherche, Météo-France, Toulouse
et Bruno PIGUET
Direction des Systèmes d’Observation, Météo-France, Toulouse
Météo-France s’appuie sur des prévisions météorologiques pour assurer ses missions de protection des populations et des biens. Ces prévisions sont basées sur des modèles numériques, alimentés par des observations diverses, provenant en majeure partie des satellites d’observation de la Terre. Ces satellites sont en renouvellement continu grâce aux efforts des agences spatiales. L’agence EUMETSAT, opérant les satellites météorologiques opérationnels européens, s’apprête par exemple à lancer une nouvelle génération d’instruments spatiaux qui permettront d’améliorer les capacités de prévision. En parallèle, des travaux de recherche permettent d’améliorer ses modèles en utilisant des observations in situ et spatiales. Les progrès à venir en matière de prévision du temps s’appuieront sur des observations plus fréquentes et à plus haute résolution spatiale avec de nouvelles générations de satellites, ainsi que l’émergence de technologies comme l’IA.
Les satellites altimétriques au service de la mesure du niveau de la mer
Par Cyril GERMINEAUD
Centre national d’études spatiales (Cnes), Toulouse
et Claire DUFAU et Pierre PRANDI
Collecte Localisation Satellites (CLS), Ramonville-Saint-Agne
Depuis les années 1990, l’altimétrie par satellite a révolutionné notre compréhension de la dynamique océanique, offrant plus de 30 ans de mesures continues. Les satellites altimétriques, tels que Topex/Poseidon, Jason-1, Jason-2, Jason-3, et Sentinel-6 MF, ont permis de surveiller avec précision l’évolution du niveau moyen global de la mer. La mission SWOT, lancée en 2022, introduit une technologie innovante avec un radar interférométrique KaRIn, permettant une résolution spatiale dix fois supérieure à celle des satellites conventionnels. Cette avancée offre une vision inédite des structures de fine échelle de la circulation océanique. Une élévation du niveau moyen global de la mer d’environ 10 cm a été observée depuis 1993, avec une accélération significative depuis la fin des années 2000. Deux principaux facteurs contribuent à cette augmentation : l’expansion thermique des océans et la contribution des eaux de fonte des glaciers et calottes polaires. Cependant, cette élévation masque des variations régionales très importantes qui sont détectables par les satellites altimétriques. Les risques de submersion marine liés à l’élévation du niveau de la mer représentent des enjeux économiques majeurs. Les communautés côtières du monde entier font face à des menaces, nécessitant des solutions d’adaptation. Des initiatives telles que Littoscope en France utilisent des données satellites pour évaluer les risques de submersion, anticiper les impacts, et proposer des solutions pour réduire la vulnérabilité des zones côtières. En conclusion, l’altimétrie spatiale a été cruciale pour comprendre la dynamique océanique à différentes échelles spatiales et temporelles, mesurer l’élévation du niveau de la mer, et anticiper les risques de submersion. Les avancées technologiques, telles que le radar KaRIn de Swot, ouvrent de nouvelles perspectives pour une observation encore plus détaillée des océans, fournissant des informations cruciales pour faire face aux défis posés par le changement climatique.
Opérationnaliser la donnée satellite pour suivre l’amélioration des pratiques agricoles
Par Antoine LEFEBVRE
Président-directeur général et co-fondateur de Kermap
Considérée comme un impératif pour faire face aux enjeux environnementaux et climatiques, la transition agricole est aujourd’hui impulsée par des objectifs politiques et des programmes de financement ambitieux. Ceux-ci commandent de s’équiper de solutions de mesure conciliant objectivité, envergure géographique et réactivité. Les produits d’analyse satellite élaborés par Kermap répondent à ces enjeux. Ils permettent de consolider la chaîne de valeur environnementale de la filière agricole en livrant des indicateurs fiables et opposables sur les pratiques agricoles durables : diversification culturale, couverture des sols, gestion des prairies, des infrastructures agro-écologiques ou encore de l’irrigation. Une « opérationnalisation » concrète des données issues de l’imagerie satellite qui fait écho aux objectifs du plan France 2030, visant à faire émerger des acteurs innovants valorisant la donnée spatiale au bénéfice de la transition écologique.
La défense et la sécurité
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L’espace, un enjeu stratégique
Par le capitaine de frégate Alexandre ARKWRIGHT
Commandement de l’Espace (CDE)
Aujourd’hui, l’Espace est devenu le centre névralgique d’un nombre exponentiel de services indispensables à nos sociétés, du GPS aux télécommunications en passant par l’imagerie ou les prévisions météorologiques. Cette hausse de l’activité spatiale entraîne une augmentation des risques et l’émergence de menaces dans ce milieu. La description de cette évolution majeure, les effets concrets visibles et les conséquences sur les armées méritent d’être détaillées afin d’avoir une vision réaliste de l’espace souvent perçu comme lointain, inaccessible et paisible alors que tout nous montre le contraire. Le Commandement de l’Espace (CDE) incarne l’ambition spatiale militaire française. Il contribue à la définition de la politique spatiale militaire et la met en œuvre. Il conduit par ailleurs les opérations spatiales militaires. L’armée de l’Air et de l’Espace, au travers du CDE, joue un rôle essentiel dans la montée en puissance du spatial de défense afin que la France puisse conserver sa liberté d’action dans l’espace au service de notre autonomie stratégique ; les défis qui restent à relever sont importants mais passionnants.
Exploiter le potentiel du New Space au profit du renseignement extérieur
Par Nicolas LERNER
Directeur général de la Sécurité extérieure (DGSE)
L’avènement du New Space représente une opportunité majeure pour le renseignement extérieur français. Les constellations de nanosatellites offrent en effet des possibilités sans précédent en matière de surveillance des télécommunications mondiales. Cependant, pour exploiter tout le potentiel de ce nouveau « capteur » de renseignement, plusieurs défis de taille restent à relever : - nous devons construire des partenariats étroits et mutuellement bénéfiques avec les entreprises françaises innovantes du New Space, dans une approche résolument duale ; - nous devons nous préparer à intégrer ce capteur dans une stratégie « multicapteurs », en le considérant non pas comme une capacité additionnelle juxtaposée aux capacités historiques, mais comme un nouveau rouage d’un appareil de renseignement multi-vectoriel ; - enfin, et c’est probablement le point le plus structurant, nous devons sans attendre décupler notre capacité à traiter, exploiter et analyser les volumes de plus en plus importants de données que nous collectons sur les réseaux internationaux, en nous appuyant sur l’intelligence artificielle.
Comment la propulsion hybride peut participer à retrouver une souveraineté française et européenne pour l’accès à l’espace
Par Sylvain BATAILLARD
Co-fondateur et directeur opérationnel de HyPrSpace
Depuis le début de la course à l’espace, nous utilisons la même technologie de propulsion : la propulsion liquide. La majorité des acteurs du spatial font la course sur les mêmes rails… Tandis que certains ont décidé de construire une nouvelle voie : la propulsion hybride. La promesse est simple, une réduction de 75 % des coûts de lancement, qui permettrait de rattraper même les plus grands. Mais il existe un verrou technologique qui empêche à cette technologie d’être utilisée sur de gros véhicules. HyPrSpace, start-up bordelaise, pense avoir trouvé le moyen de contourner ce verrou, et d’accéder au graal de la propulsion.
Les communications militaires par satellite (MilSatCom) : une nécessité pour le soldat connecté
Par Vincent SATGE et Grégoire CHAUCHAT
Groupe Thales
Le besoin croissant des forces armées en connectivité est un constat qui ne cesse de s’imposer. Au-delà d’un simple accroissement de connectivité, le SatCom procure des avantages incomparables en termes d’élongation qui le rendent indispensable dans certains cas d’usage. Face à l’irruption des constellations commerciales en basse orbite, le SatCom militaire doit dorénavant coexister avec son versant civil au profit des forces armées. Ces dernières bénéficieront ainsi des atouts de la diversité du Satcom (dualité civile/militaire ; complémentarité orbite géostationnaire/orbite moyennes ou basses).
Les télécoms, le positionnement par satellites
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Un tsunami en télécommunications par satellite
Par Didier LE BOULC’H
Thales Alenia Space
Le secteur des communications spatiales n’échappe pas à la déferlante de changements rapides, voire de disruptions. L’arrivée de nouveaux acteurs verticalisés comme Starlink de Space X, les évolutions dans les usages (via les plateformes de services), les progrès rapides des technologies notamment digitales, la convergence avec les normes terrestres mobiles issues du 3GPP (5G), l’évolution de l’intérêt des opérateurs terrestres, les changements de modes de financement, ainsi qu’une attention croissante portée à la soutenabilité et à l’empreinte écologique sont autant de facteurs qui modifient en profondeur l’écosystème des télécommunications spatiales. Les développements en cours permettent de répondre à ces enjeux, avec un rythme d’innovation que le spatial commercial, jadis quelque peu conservateur, n’avait jamais connu jusque-là.
L’utilisation des systèmes Satcom pour les usages civils et gouvernementaux
Par Hervé POSTEC
Directeur de la Line of Business Satcom en charge des activités de télécommunications de Telespazio France
Les systèmes de communications par satellite sont essentiels tant pour les usages civils que gouvernementaux. Ils reposent sur des satellites en orbite géostationnaire, moyenne et basse, offrant une connectivité mondiale. Les applications civiles incluent les télécommunications mondiales, la télévision par satellite, et la réduction de la fracture numérique. Les gouvernements utilisent les Satcom pour des besoins stratégiques, profitant de leur portée mondiale. La résilience des Satcom est cruciale en cas de crises majeures. Les satellites offrent une connectivité robuste, même en cas de destruction des infrastructures terrestres. L’évolution technologique, notamment les constellations en orbite basse et les satellites flexibles, façonne l’avenir des Satcom. En conclusion, ces systèmes jouent un rôle clé dans notre paysage technologique, nécessitant une vigilance constante face aux évolutions.
Convergence of the Telecommunication systems with 5G and 6G
By Flavien RONTEIX, Mohamed EL JAAFARI, Dorin PANAITOPOL and Nicolas CHUBERRE
Thales Alenia Space
Thales Alenia Space One observe a profound evolution in the communication networks towards the convergence of access technologies. The integration of satellite access with terrestrial mobile networks is enabled by the 3GPP Non-Terrestrial Network (NTN). The satellite network component can contribute to the global service continuity and resiliency of mobile systems. Leveraging the terrestrial 5G access technology, a number of solutions mitigating the issues inherent from satellite communications specifics (e.g. Doppler, delay…) have been standardized in Rel-17 of 3GPP under the so called NTN (Non-Terrestrial Network) standard. In the 5G-Advanced (starting from Rel-18), further NTN added value will be unleashed by the usage of regenerative payload architecture and performance optimization enablers. In the ITU IMT-2030’s vision, the 6G will bring new network capabilities to support the interactions between the human and its physical environment leveraging real time digital modelling. In particular 6G will see the unification of the TN and NTN into a multi-dimensional architecture enabled by a set of innovative technologies and concept at both radio and network levels.
La normalisation de la réseautique atteint l’espace
Par Marc BLANCHET
Président de Viagénie
et Vinton G. CERF
Vice-président et évangéliste en chef de l’Internet chez Google
Jusqu’à maintenant, les communications sont directes entre les infrastructures terrestres et les dispositifs dans l’espace. En parallèle à la conquête de l’espace, l’Internet a conquis la Terre et les réseaux mobiles se sont déployés. Chacun de ces domaines possède un organisme de normalisation. Avec les avancements technologiques et la baisse significative des coûts, la conquête de l’espace amène des nouveaux acteurs offrant différents services dans l’espace, dont le premier jalon est la Lune. Ainsi, un réseau est planifié par les agences spatiales pour assurer une utilisation optimale des communications. La normalisation de ces technologies réseaux est la clé de voûte pour assurer une interopérabilité entre tous les services offerts. Cet article traite des normes et fait un survol des technologies de réseau prévues autant pour les communications vers et autour de la Lune mais aussi pour Mars et plus loin.