Semaine thématique des technologies émergentes
Par Walker D. Mills
Définies par leur éloignement et leur climat extrême, les régions polaires présentent un éventail de défis tactiques et opérationnels aux forces américaines, car le givrage de la mer, les cycles répétés de dégel et de gel, le pergélisol et les tempêtes fréquentes peuvent compliquer des opérations autrement simples. Cependant, les défis des communications, qui sont essentiels pour les navires de la Marine et de la Garde côtière opérant dans les régions polaires, sont souvent négligés. Peut-être autrefois qu’il était possible d’ignorer, ces défis deviennent de plus en plus pressants à mesure que le Marines, Marine et garde-côte augmenter leurs opérations à des latitudes et des lieux plus élevés plus d’emphase sur l’Arctique et plus d’arguments sont avancés pour envoyer des Marines et des soldats vers l’arctique pour la formation et la présence. Pour que les forces navales américaines puissent rivaliser dans les régions polaires et combattre si nécessaire, l’armée doit investir dans des capacités de communication persistantes et fiables. Une solution est les ballons à haute altitude.
Les experts de l’Arctique ont compris depuis longtemps la difficulté de communiquer dans l’Arctique, notant que «Bien que communiquer aujourd’hui soit peut-être plus facile qu’il ne l’était pour le commodore Perry il y a 111 ans, ce n’est pas tellement mieux. » Les communications dans l’Arctique sont particulièrement difficiles pour un certain nombre de raisons. Les options satellitaires sont limitées ou inexistantes car la grande majorité des satellites maintiennent des orbites équatoriales, ce qui signifie que les latitudes extrêmes de la région polaire se situent en dehors de la portée des satellites. Bien que quelques satellites suivent des orbites non équatoriales, il n’y en a tout simplement pas assez pour fournir une connectivité continue à la bande passante nécessaire aux opérations modernes.
Il existe également des obstacles naturels aux communications dans l’Arctique. L’ionosphère recouvrant les régions polaires a une haut niveau de précipitation d’électrons, qui est la même caractéristique qui produit les aurores boréales. Cependant, ce interfère avec et dégrade les radios à haute fréquence (HF) que l’armée utilise normalement pour les communications à longue portée en l’absence de satellites. De plus, le climat extrême et le froid dans l’Arctique présentent un autre défi pour les infrastructures de communication telles que les antennes et les stations au sol. Les conditions arctiques rendent plus difficile l’accès et l’entretien des réseaux au sol, les batteries expirent plus rapidement par temps froid et l’équipement peut facilement être enterré par la neige qui tombe et perdu.
Enfin, l’absence quasi totale d’infrastructures civiles complique les communications dans l’Arctique. Les régions polaires représentent environ huit pour cent de la surface de la terre, représentant plus de 10 millions de miles carrés de terres sur lesquelles seulement environ 4 millions de personnes habitent. La plupart sont regroupés dans de petites communautés, ce qui entraîne une infrastructure de communication commerciale clairsemée dans toute la région. Cependant, des communications persistantes et fiables sont absolument essentielles au succès de l’emploi des forces maritimes dans l’Arctique.
Une solution consiste pour les forces navales à utiliser des ballons à haute altitude qui fournissent des capacités de communication temporaires. Les ballons sont beaucoup moins chers que les satellites et beaucoup plus réactifs. Ils peuvent être rapidement déployés là où une couverture est nécessaire et équipés de charges utiles de communication spécifiques à la mission. Ils sont également suffisamment économiques et efficaces pour pouvoir être utilisés non seulement dans les opérations, mais aussi dans formation dans des lieux austères.
Les ballons offrent un degré de flexibilité essentiel pour les opérations dans des environnements éloignés comme l’Arctique. Des ballons de tailles différentes peuvent être doté de capacités spécifiques pour les exigences et les priorités adaptées à la mission. La taille de la charge utile, le temps d’attente et les capacités dépendent principalement de la taille du ballon. Grands ballons et dirigeables stratosphériques peut rester en l’air pendant des mois, tandis que plus petit « pression nulle« Les ballons peuvent durer des heures ou quelques jours. Compte tenu de leurs diverses utilisations et capacités, les ballons à haute altitude ont déjà été utilisés pour fournir des communications dans des environnements difficiles d’accès par des organisations telles que Nasa, les Armée de l’air américaine, et Google. Par exemple, des chercheurs du Southwest Research Institute et de la NASA ont soutenu des vols de ballons atmosphériques au-dessus des pôles qui ont duré jusqu’à un mois – plus que suffisamment de temps pour répondre aux besoins opérationnels.
Bien qu’il existe différentes manières de lancer et de soulever des ballons à haute altitude, des avancées récentes montrent que l’hydrogène gazeux est le meilleur candidat. Des chercheurs du laboratoire Lincoln du Massachusetts Institute of Technology ont récemment découvert un nouvelle façon de produire de l’hydrogène avec de l’aluminium et de l’eau. Avec ce nouveau « processus MIT », les chercheurs ont déjà démontré la capacité de remplir des ballons atmosphériques avec de l’hydrogène en quelques minutes – une fraction du temps qu’il faut avec d’autres méthodes. Le processus MIT promet d’être non seulement plus rapide, mais aussi moins cher et plus sûr que les autres méthodes de production d’hydrogène. Cela signifie également que les unités peuvent générer de l’hydrogène au point d’utilisation, ce qui évite d’avoir à stocker ou à transporter le gaz volatil ou d’autres gaz comprimés. Les chercheurs ont démontré une production efficace d’hydrogène avec de la ferraille et de l’aluminium recyclé et avec de l’eau non purifiée, notamment du café, de l’urine et de l’eau de mer.
Le déploiement de ballons utilisant ce nouveau procédé de génération d’hydrogène serait extrêmement simple. Un système de ballon pourrait éventuellement être développé où le système est simplement largué dans l’océan à partir d’un navire, d’un avion ou d’un hélicoptère avec un mécanisme qui le fait se déployer automatiquement lorsqu’il entre en contact avec l’eau de mer. Ce système unique – un système qui ne nécessite pas de stockage de gaz comprimé ou d’électrolyseur pour générer de l’hydrogène – prendrait également beaucoup moins de place que les autres ballons et l’équipement associé requis pour les faire voler. Les ballons remplis d’hydrogène gazeux pourraient également servir de batteries géantes, car l’hydrogène peut également être utilisé pour alimenter des équipements de communication ou des capteurs.
Jusqu’à présent, les garde-côtes américains ont ouvert la voie en matière de communications dans l’Arctique. Le service a souligné l’amélioration des communications dans l’Arctique dans le cadre de leur première ligne d’effort dans le Perspectives stratégiques pour l’Arctique 2019 et en tant qu’initiative clé dans leur Plan de mise en œuvre de la stratégie pour l’Arctique 2015. Avec le Corps des Marines, le service a également expérimenté avec Lockheed’s Système d’objectif d’utilisateur mobile (MUOS), une constellation de communication par satellite de nouvelle génération destinée à remplacer la constellation sur laquelle le Pentagone s’appuie aujourd’hui. Mais même les créateurs des systèmes sont clairs que dans les régions polaires extrêmes, MOUS peut n’offrir que huit heures de couverture par jour. Des constellations de petites et pas chères satellites cubes pourrait également être une solution partielle pour les zones mortes de communication, mais des centaines ou des milliers seraient nécessaires pour couvrir une région aussi vaste que l’Arctique. L’armée de terre et l’armée de l’air sont également intéressées et ont l’intention de investir 50 millions de dollars chaque vers les communications arctiques. L’armée a déjà expérimenté avec l’utilisation de ballons à haute altitude pour soutenir les opérations multi-domaines et pourrait être un partenaire clé dans le développement d’une capacité de communication dans l’Arctique, et la Force aérienne envisage d’utiliser satellites commerciaux à large bande pour répondre aux besoins de services et de communications conjointes dans l’Arctique.
Les problèmes de communication sont une conséquence de l’environnement opérationnel polaire et un obstacle pour les services militaires qui y opèrent. Mais ce n’est pas parce que l’environnement est difficile que les forces américaines doivent se passer de communications persistantes et fiables. Les ballons à haute altitude pourraient combler le fossé des communications non seulement pour les forces maritimes, mais aussi pour l’armée et les unités d’opérations spéciales opérant dans ces latitudes extrêmes. Le développement et le déploiement de ballons de communication à haute altitude, soulevés par l’hydrogène gazeux généré par le processus MIT, offrent une capacité à court terme aux forces américaines opérant dans les régions polaires avec une infrastructure de communication sous-développée.
Walker D. Mills est un officier du Corps des Marines des États-Unis servant d’officier d’échange à Cartagena, Colombie, le 2021 Military Fellow avec les jeunes professionnels en politique étrangère, un boursier non-résident WSD-Handa au Pacific Forum et boursier non-résident du Brute Krulak Center for Innovation and Future War.
Les opinions exprimées sont les siennes et ne représentent pas le gouvernement des États-Unis, le gouvernement colombien, l’armée américaine ou le Corps des Marines des États-Unis.
Image principale : Un ballon de longue durée de la NASA est préparé pour être lancé sur la plate-forme de glace de Ross en Antarctique près de la station McMurdo en 2004. (Photo de la NASA)
