thumb|upright=1.5|Satellite de télécommunications militaire AEHF, série déployée au cours de la décennie 2010 (vue d'artiste).
Un satellite de télécommunication est un satellite artificiel placé dans l'espace pour des besoins de télécommunication. Selon le besoin, il circule sur une orbite géostationnaire, une orbite terrestre basse ou une orbite de Molnia d’où il relaie le signal émis par des stations émettrices vers des stations réceptrices. Les télécommunications par satellite constituent la première application commerciale de l'ère spatiale avec le lancement d'un premier satellite opérationnel (Intelsat I) en 1965. Développé initialement pour les télécommunications téléphoniques longue distance à une époque où seuls les câbles sous-marins permettaient le transport à longue distance de la voix depuis le milieu du , il a trouvé depuis d'autres applications. Le gros de l'activité concerne la diffusion de programmes de télévision. Pour des services fixes, les satellites de communication apportent une technologie complémentaire à la fibre optique. Ils sont également utilisés pour des applications mobiles, comme des communications vers les navires ou les avions.
Le développement des télécommunications spatiales est confié initialement à des organismes internationaux (Intelsat et Inmarsat). Les progrès techniques et la forte croissance de l'activité permettent l'émergence dans les années 1970 de nombreuses sociétés d'envergure régionale.
Le secteur des télécommunications spatiales fait vivre une poignée de constructeurs de satellites qui se partagent un marché relativement stable d'une vingtaine de satellites géostationnaires par an, et plusieurs dizaines d'opérateurs de satellites.
Principe Un satellite placé sur une orbite géostationnaire semble fixe à un observateur à la surface de la Terre. Il fait le tour de la Terre en , à vitesse constante, à la verticale de l'équateur. Ce type d'orbite est très pratique pour les applications de communication car les antennes au sol, qui doivent impérativement être pointées vers le satellite, peuvent fonctionner efficacement sans devoir être équipées d'un système de poursuite des mouvements du satellite, système coûteux et compliqué à exploiter. Dans le cas d'applications nécessitant un très grand nombre d'antennes au sol (comme la diffusion de bouquets de télévision numérique), les économies réalisées sur les équipements au sol justifient largement la complexité technologique du satellite et le surcoût de la mise sur une orbite relativement haute (près de ).
Historique L'invention du satellite de télécommunication vignette|John Robinson Pierce ingénieur pionnier des télécommunications spatiales. Avant même le début de l'ère spatiale (1957), les chercheurs comme les industriels comprennent que les satellites peuvent être utilisés pour améliorer les communications à longue distance.
Le concept de satellite de télécommunication géostationnaire est exposé pour la première fois par Arthur C. Clarke, qui se fonde sur des travaux de Constantin Tsiolkovski et sur un article de Herman Potočnik, écrit en 1929 sous le pseudonyme de Herman Noordung avec pour titre Das Problem der Befahrung des Weltraums — der Raketen-motor. En Clarke publie un article intitulé « Extra-terrestrial Relays » dans le magazine britannique Wireless World. L'article décrit les lois fondamentales régissant le déploiement de satellites artificiels en orbite géostationnaire à des fins de relayer des signaux radio. Pour cette raison, Arthur C. Clarke est considéré comme l'inventeur du satellite de communication. John Robinson Pierce est le premier à tenter de concrétiser cette nouvelle idée. Cet ingénieur, pionnier dans le développement des télécommunications et employé par la principale société américaine de télécommunications AT&T, publie une étude en 1955 sur les caractéristiques techniques, les apports et les coûts d'un satellite positionné au-dessus de l'Océan Atlantique et relayant les communications téléphoniques entre l'Europe et l'Amérique du Nord. D'après ses estimations, un tel satellite aurait une capacité de communications téléphoniques simultanées, chiffre qu'il rapproche des 36 liaisons simultanées permises par le premier câble transatlantique (TAT-1) dont l'inauguration est prévue en 1956. Par contre, il évalue le coût d'un tel satellite à 1 milliard US$ (TAT-1 : 30-50 millions US$)..
Les télécommunications longue distance dans les années 1950 À l'époque de l'article de Clarke, les télécommunications longue distance s'effectuent par ondes radio hyperfréquence. Les câbles téléphoniques sous-marins de grande longueur ne permettent pas de transmettre la voix humaine. Seuls les messages télégraphiques utilisant l'alphabet morse peuvent transiter par le câble. Le fonctionnement des communications longue distance par radio, quant à lui, est tributaire des conditions météorologiques et du comportement de l'ionosphère sur laquelle les ondes radio doivent se réfléchir. Les tempêtes solaires et les orages magnétiques peuvent ainsi perturber voire interdire toute liaison téléphonique. La transmission de chaines de télévision qui font leur apparition à cette époque est encore plus difficile. La transmission par radio est impossible et la diffusion doit se faire par un réseau dense d'antennes-relais pour permettre une couverture complète, ce qui interdit leur diffusion au-delà des océans. Toutefois, au milieu des années 1950, des solutions techniques commencent à émerger grâce aux progrès de l'électronique stimulés par les recherches entreprises durant la Seconde guerre mondiale. Le premier câble transatlantique (TAT-1) capable d'établir 36 liaisons téléphoniques simultanées est inauguré en 1956. Au cours des deux décennies suivantes, la mise au point du transistor, qui remplace progressivement le tube à vide, va permettre de faire passer la capacité des câbles à plusieurs milliers de communications simultanées.
Dès leurs débuts, les télécommunications par satellite sont mises en concurrence avec le câble. Le satellite présente trois avantages : il peut desservir de multiples stations terrestres alors que le câble ne peut aller que d'un point à un autre, son coût est indépendant de la distance et il n'est pas gêné par les obstacles physiques (océans) et les frontières politiques. Les partisans du câble mettent en avant l'expérience acquise par une industrie qui remonte à plus d'un siècle alors que la technologie des satellites est encore balbutiante. Les besoins futurs sont difficiles à évaluer et cette incertitude ne justifie pas des investissements importants dans une nouvelle technique. La transmission de grands volumes de données, la diffusion de chaines de télévision sur l'ensemble de la planète sont inexistants. Le nombre d'appels internationaux est réduit. Par ailleurs, les technologies et les moyens financiers nécessaires pour réaliser des satellites de télécommunications et surtout des lanceurs sont à la portée de très peu de pays.
Premiers prototypes vignette|Syncom-1 lancé en 1963 premier satellite de télécommunication placé en orbite géostationnaire.
Après le lancement du premier satellite artificiel en 1957, Spoutnik 1, de nombreux acteurs étudient les opportunités qu'ouvre l'ère spatiale dans le domaine des télécommunications. Le Congrès américain décide initialement que les travaux de recherche sur ce sujet seront pilotés pour les satellites passifs par l'agence spatiale civile tout juste créée, la NASA, tandis que le département de la Défense aura en charge la mise au point des satellites actifs (comportant des dispositifs d'amplification du signal, les répéteurs) plus prometteurs mais plus complexes. Les militaires américains ont immédiatement identifié le potentiel des satellites de télécommunication. Le département de la Défense américain fait développer le premier satellite de télécommunication SCORE. Celui-ci est capable d'enregistrer un message de 4 minutes puis de le retransmettre. La NASA lance en 1960 le satellite passif Echo : celui-ci est un ballon de plus de de diamètre, fait de PET recouvert d'aluminium qui sert de relais passif pour les communications radio. Le satellite Courier 1B, construit par la société américaine Philco et lancé le est le premier satellite emportant un répéteur actif à bord. Sa mission dure ..
En 1960 La société AT&T demande à l'organisme régulateur américain des télécommunications, la FCC, l'autorisation de développer un satellite de télécommunication opérationnel mais, à la surprise de tous, le gouvernement américain de l'époque ne donne pas son accord en avançant qu'il ne dispose pas du dispositif législatif nécessaire pour gérer toutes les implications d'une telle décision. Mi 1961 la NASA passe commande auprès de la société RCA d'un premier prototype de satellite de télécommunications actif Relay placé sur une orbite moyenne. De son côté AT&T construit un satellite de même type TELSTAR qui est lancé par la NASA le . Toutefois un satellite placé sur une orbite moyenne n'est visible depuis une station terrestre que durant quelques minutes. Il faut donc un grand nombre de satellites de ce type pour assurer une couverture permanente. Le choix d'une orbite géostationnaire décrite par Clarke permet avec un seul satellite d'assurer une couverture de 40 % de la surface du globe mais présente deux inconvénients : il faut un lanceur puissant pour placer le satellite sur cette orbite circulaire à d'altitude alors que les lanceurs du début de l'ère spatiale ont une capacité réduite. D'autre part la distance introduit un délai dans la communication.
vignette|Schéma mise en orbite géostationnaire.
L'agence spatiale américaine commande à Hughes Aircraft Company la réalisation du premier satellite géostationnaire SYNCOM. Les ingénieurs de Hughes Aircraft mettent au point la technique de lancement en orbite géostationnaire qui permet d'utiliser au mieux les capacités du lanceur et qui sera systématiquement appliquée par la suite : le le satellite Syncom est placé par une fusée Thor-Delta sur une orbite basse (1 sur le schéma ci-contre) puis le dernier étage est allumé pour placer le satellite sur une orbite elliptique dont l'apogée se situe à (Orbite de transfert géostationnaire 2). Enfin un moteur d'apogée à propergol solide solidaire du satellite circularise l'orbite (3). Ce premier satellite géostationnaire a une masse limitée à et n'est que géosynchrone c'est-à-dire que sa longitude est fixe mais sa latitude oscille entre 39°N et 39S. Il remplit néanmoins parfaitement son rôle. Un deuxième satellite Syncom lancé en est placé sur une orbite géostationnaire fixe au-dessus de l'équateur et retransmet les Jeux Olympiques de Tokyo. Le projet militaire de satellite de télécommunication, ADVENT, est par contre abandonné un an plus tard victime des retards dus à la complexité du satellite envisagé et des surcoûts du projet. Le projet conçu par les militaires est trop ambitieux pour l'époque. Il porte sur un satellite stabilisé 3 axes alors que les prototypes de la NASA et d'AT&T sont en rotation autour d'un axe. Ces derniers sont plus simples mais interdisent le déploiement d'antennes de grande taille ou de panneaux solaires (les cellules solaires sont sur le corps du satellite qui est de forme cylindrique) ce qui limite leur capacité. Du fait notamment de ce choix le satellite étudié par les militaires est beaucoup plus lourd ce qui impose un lanceur disposant d'un étage supérieur puissant. Or le seul étage supérieur adapté, le Centaur est en développement. Le projet accumule les retards et ne sera définitivement au point qu'en 1966. Le premier satellite de télécommunication commercial stabilisé 3 axes ne sera lancé qu'en 1975 (Satcom) mais cette architecture technique se généralisera par la suite.
La Communications Satellite Act et la création de COMSAT (1962)