Si les satellites se distinguent par leur endurance et leur portée mondiale, les drones et les avions de mission offrent précision et faible latence à des prix abordables. Le HAPS associera l’endurance et la portée d’un satellite à la flexibilité et à la précision d’un drone, à des coûts réduits. Il complètera non seulement les zones d’opération des satellites et des drones, mais favorisera également le développement de nouveaux marchés en apportant une solution aux difficultés jusqu’ici non résolues des clients.

Zephyr est le nom du HAPS d’Airbus. Il s’agit d’un aéronef ultra léger de 75 kg pour une envergure de 25 m, conçu et optimisé pour évoluer dans la stratosphère pendant des mois. Équipé de panneaux photovoltaïques qui chargent les batteries pour alimenter les vols de nuit, le Zephyr est capable de survoler en continu un point ou une zone spécifique pouvant s’étendre sur plusieurs milliers de kilomètres sans interruption pendant de longues périodes, offrant ainsi des capacités uniques pour les opérations commerciales, institutionnelles et militaires.

Cumulant plus de 2 000 heures de vol dans la stratosphère, le Zephyr détient plusieurs records mondiaux, notamment celui du vol le plus long d’un HAPS à voilure fixe dans la stratosphère avec un vol sans escale de près de 26 jours, le record d’altitude de sa catégorie à 76 100 ft (23 000 m) et la première autorisation jamais accordée à un drone de sortir de l’espace aérien réservé pour évoluer dans l’espace aérien national des États-Unis (National Airspace System – NAS), pour ne citer que quelques exemples.

Pour y parvenir, Airbus a constamment repoussé les limites de ce programme de recherche et développement au cours des 15 dernières années, dans des domaines technologiques aussi variés que la gestion des batteries, les cellules et les matériaux composites, l’endurance environnementale, la charge utile, l’avionique, le contrôle de mission et les modèles de prédictions météorologiques. Le groupe a également tiré parti d’innovations majeures issues des communautés Airbus pan-européennes ainsi que des partenaires clés. 

Nous avons rencontré et surmonté de nombreux défis techniques. Ainsi, la structure légère et flexible en fibre de carbone de cet aéronef de grande envergure ne ressemble à celle d’aucun appareil construit jusqu’ici. L’exploitation de charges utiles non pressurisées et partiellement ouvertes sur la stratosphère, avec un contrôle spécifique de l’environnement et de la température en est un autre exemple. La campagne d’essais en vol menée au cours de l’été 2021 dans l’Arizona a permis au programme de franchir une étape importante, notamment en ce qui concerne les technologies de pointe requises pour un système HAPS aussi avancé. La charge utile de l’un des vols a permis de mesurer les contraintes, les déformations et l’écoulement et de tester le comportement de l’appareil dans la troposphère.

À présent, grâce à sa conception flexible qui lui permet d’embarquer différentes charges utiles, le Zephyr est en mesure d’effectuer différents types de missions civiles et militaires d’observation de la Terre, de connectivité ou d’intelligence, surveillance et reconnaissance (ISR).

Nous poursuivons la maturation des technologies clés en testant les composants dans les environnements les plus adaptés. Dans le domaine des technologies liées à la gestion des batteries, à la propulsion et aux aéro-structures, nous souhaitons améliorer la gestion de l’énergie et réduire le poids afin d’augmenter la masse de la charge utile et la puissance offerte aux clients. Nous cherchons par ailleurs à accroître l’endurance générale des missions en réduisant les coûts opérationnels et en facilitant la reprogrammation en vol afin de soutenir plusieurs missions avec la même charge utile.

Dans le domaine des technologies liées à la gestion des missions et au système de contrôle, nous souhaitons augmenter l’autonomie en vol, automatiser davantage la surveillance du système, réduire le nombre d’opérateurs par appareil et limiter ainsi les coûts opérationnels tout en permettant au Zephyr de réagir plus rapidement que ses concurrents aux commandes de la station.

Concernant les technologies de charges utiles, Airbus a conçu OPAZ, sa charge utile d’observation de la Terre, développée sur le site de Toulouse et testée en vol dans la stratosphère. Seule solution de bout en bout disponible sur le marché, elle fournit des images et des vidéos en temps réel. Son capteur électro-optique offre une résolution de 18 cm, tandis que le capteur infrarouge (MWIR) d’une résolution de 70 cm permettra prochainement des opérations nocturnes. Lors de la campagne de vol de 2021, OPAZ a collecté plus de 20 000 images de haute résolution en un seul vol.

Images et vidéos avec une résolution de 18 cm dans le visible et bientôt 70 cm en infrarouge

Dans le domaine des technologies liées à la connectivité commerciale, le Zephyr sera bientôt en mesure de fournir aux utilisateurs des services « direct-to-device » à l’aide des technologies 4G et 5G avec une infrastructure terrestre réduite grâce à sa position plus proche de la Terre et à sa capacité à rester à poste. Il offrira ainsi une connectivité omniprésente, fiable et transparente à faible latence. Cette capacité à connecter des personnes sans avoir recours aux infrastructures terrestres ou spatiales traditionnelles qui exigent beaucoup de capitaux permet de surmonter les principaux obstacles à l’augmentation de la couverture. Les opérateurs de réseaux mobiles (ORM) auront ainsi la possibilité d’offrir des services sur de nouveaux marchés où la connectivité n’était pas possible jusqu’à présent, en limitant les risques. Divers essais ont récemment démontré la viabilité et la polyvalence du spectre 2 GHz pour les services HAPS, ainsi que l’utilisation possible d’une bande étroite (450 MHz) pour fournir des services de connectivité dans un rayon de 140 km autour de la station de base.

La connectivité est également une application majeure pour les opérations militaires. Dans ce cadre, le Zephyr peut servir de nœud de communication afin d’étendre le réseau et d’assurer l’interopérabilité des ressources dans tous les domaines : maritime, pour les grandes régions océaniques, aérien, pour les aéronefs évoluant à basse altitude, ou terrestre, pour les vastes zones comme les déserts.

L’un des prochains défis techniques à relever sera le vol en formation du Zephyr en vue de fournir une connectivité régionale ou un appui ISR multi-missions. Outre la plateforme, la charge utile et l’infrastructure terrestre, Airbus se penche actuellement sur l’automatisation et l’orchestration d’une flotte de HAPS, qui permettra à différents Zephyr de communiquer entre eux, décuplant ainsi de manière exponentielle la couverture de communication et de surveillance déjà massive qu’ils sont à même de fournir.

La commercialisation de la stratosphère ne fait que commencer et le Zephyr d’Airbus est en tête de cette course de HAPS à voilure fixe. Système de plateforme à haute altitude de huitième génération, le Zephyr S est l’aéronef le plus mature et le plus avancé du marché, et se rapproche sans cesse de sa mise en service prévue en 2024. La flexibilité de sa charge utile, combinée à des conditions de vol extrêmement stables, lui confère des possibilités infinies. Votre imagination est la seule limite à ce que le Zephyr d’Airbus peut faire dans les airs.

Thierry Baud, IGA, Directeur Commercial France Défense et Sécurité d’Airbus X85 ENSTA, il débute à Indret sur la propulsion du Triomphant, puis à Paris comme chef de département Ingénierie de la DCN. Il poursuit sa carrière sur deux frégates en coopération avec l’Italie : Horizon puis FREMM, au SPN et à l’OCCAR. En 2011, il revient à la DGA comme adjoint puis chef d’unité de management Missiles et Drones puis ESIO en 2014. Il rejoint AIRBUS en septembre 2021.