[MH370] Comprendre les « ping satellite »

Il y a désormais 10 jours, le vol MH370 de la Malaysia Airlines disparaissait des écrans radars. Depuis, aucunes traces de l’avion ni de ses occupants. Il y a eu beaucoup de théories et assez peu de faits avérés. Depuis quelques jours, les enquêteurs ont la certitude que l’avion à continué de voler. Ces certitudes sont basées sur ce que l’on appel les « pings satellites », qui ne sont pas des messages de positionnement mais sont des informations destinées au réseau. C’est la compréhension que je m’était faite de ces « pings satellite », et je suis tombé récemment sur un article en anglais qui expliquait très bien ce que sont ces pings, sur le blog de TMFAssociates. J’ai donc décidé de traduire ici ce billet.

Mais avant, juste pour rappel, les faits avérés :

  • 0h41 : décollage du vol MH370
  • 1h07 : le derniers ACARS est reçu, le suivant aurait du être émis à 1h37 (le système a donc été coupé quelque part dans cet intervalle)
  • 1h21 : dernière communication radio en phonie : l’avion quitte la zone de contrôle de la Malaisie
  • 1h23 : coupure du transpondeur et disparition de l’avion des radars civils
  • 2h15 : l’avion disparaît des écrans radar militaires
  • 8h11 : dernier ping satellite

L’article traduit

Il y a beaucoup de confusion à propos des aspects sur les communications satellites de l’accident du vol MH370. Je pense qu’il est donc utile de donner quelques informations de fond et analogies pour permettre une meilleur compréhension de ce que l’on sait et de ce que l’on ne sait pas. Comme avec toute analogies, des simplification ont été faites, mais elles permettent une compréhension de la problématique même sans connaissance détaillée des principes de communication satellite. Je ne suis pas concepteur de satellite, j’ai donc également pu passer à côté de quelques subtilités. Donc n’hésitez pas à apporter toute correction ou précision.

Premièrement, il doit être clair que les réponses envoyées aux interrogations radar par le transpondeur et les ping de communication satellite sont 2 systèmes complètement séparés (par le simple fait que lorsque l’on parle de transpondeur, cela n’a rien à voir avec les transpondeurs satellites). Le transpondeur radar (tel que l’on peut trouver sur tous les avions de ligne et pas mal d’avion léger, NDT) envoi un signal amplifié en réception à un signal radar, et à donc plus de puissance que le simple echo renvoi par la réflexion du signal reçu sur les surfaces de l’avion, et rajoute des informations comme l’identifiant de l’avion. Si mis hors tension, les radars civils, moins sensibles (et surtout non conçu pour cela, NDT) ne parviendront pas à déterminer la position de l’avion, alors que les radar militaires (destinés à la défense aérienne) resteront capables de voir l’avion. Cependant, les radar militaires sont utilisés pour identifier les forces hostiles et ont déjà par le passé manqués des avions civils (voir par exemple le cas Mathias Rust).

Clé n°1 : le transpondeur n’a rien à voir avec les systèmes de communication satellites installés à bord de l’avion.

Parlons maintenant des systèmes de communication satellite. Les médias ont beaucoup parlé des transmissions ACARS qui permettent de surveiller l’état de l’avion (NDT : pour plus de détails sur les ACARS, je vous invite à lire ce billet). Il s’agit d’un protocole de communication, séparé des liaisons satellite (ou VHF) sous-jacent. Considérez les ACARS comme Twitter. Je peux envoyer un message depuis mon téléphone qui n’inclut pas ma position. Quand je suis à la maison, sur le Wifi, le message est publié sur Twitter via ma connexion ADSL (à laquelle j’accède via Wifi). De même, quand l’avion est au dessus de sol, les messages ACARS sont envoyés via VHF sur le réseau du SITA, qui route ensuite le message vers son destinataire (par exemple Rolls Royce pour les messages de surveillance moteur, Malaysian Airlines si c’est un message interne à la compagnie, ou encore au centre de contrôle aérien si c’est un message relatif à la navigation). [Les messages ACARS peuvent aussi être envoyés à longue distance via radio HF (NDT : Haute Fréquence), mais il n’a pas été question de ce mode de transmission pour le vol MH370).

Avec Twitter, quand je quitte mon domicile, mon téléphone portable se connecte au réseau cellulaire, et le message Twitter passe par ce lien. Mais cela ne fait aucune différence sur le message et Twitter s’en fiche du moyen dont je me sert pour me connecter à Internet. De façon similaire, quand l’avion arrive au dessus de l’océan, le système ACARS envoi ses messages via la connexion satellite de l’avion (au lieu de le faire passer par le lien VHF), mais cela n’affecte en rien le contenu du message.

Comme j’utilise AT&T (NDT : un opérateur américain, on dirait Orange en France) comme opérateur pour mon téléphone, le système satellite de l’avion utilise Inmarsat, mais aussi longtemps que je paye le bon service à AT&T (NDT : Orange en France), Twitter fonctionnera, et aussi longtemps que l’on dispose du service de données Inmarsat, le systèmes ACARS fonctionnera.

Clé n°2 : le système ACARS est une « application » (un protocole de communication) qui peut fonctionner sur différentes liaisons de données (VHF ou satellitaire).

Je peux me déconnecter de Twitter sur mon téléphone, et je ne serai alors plus capable d’envoyer ou de recevoir des tweet. Mais cela n’a rien a voir avec avec la connexion de mon téléphone au réseau AT&T (NDT : on peut être connecté au réseau de l’opérateur téléphonique sans être connecté à Twitter). De façon similaire, les pilotes peuvent terminer la « session » ACARS et arrêter d’envoyer leurs positions ou d’autres données (voir par exemple ce document), mais cela n’a pas d’influence sur la connexion du terminal satellite avec le satellite.

Clé n°3 : le « reporting » ACARS peut-être déconnecté sans affecter le lien de communication satellite sous-jacent.

Sur mon téléphone, même si je n’envoi aucunes données, AT&T doit savoir si je suis enregistré sur son réseau. Quand j’allume mon téléphone, ou que je bouge d’une cellule du réseau à une autre, le réseau échange des données avec le téléphone afin d’être certain que le réseau sache dans quelle cellule (NDT : une cellule = surface couverte par une antenne) se trouve le réseau. Plus important encore, même si je ne bouge pas avec le téléphone dans ma poche, le réseau cellulaire vérifie régulièrement que le téléphone est toujours actif (afin de vérifier par exemple que le téléphone n’est pas arrivé au bout de ses batteries sans se déconnecter du réseau, ou ne se trouve pas dans un parking sous-terrain ou la connexion serait perdue), afin que l’opérateur sache en permanence comment traiter un éventuel appel entrant. Un autre exemple, si je vais en France avec mon téléphone AT&T (NDT ou qu’un français va aux USA avec son téléphone Orange), quand je rallume mon téléphone, il s’enregistre sur le VLR (Visitor Location Register), mais finalement, après que j’ai arrêté d’utiliser mon téléphone la-bas, mes coordonnées sont effacées de la VLR.

De façon similaire, avec les connexion Inmarsat, le réseau à besoin de savoir s’il doit continuer à allouer des ressources réseau à un terminal donné au cas ou un communication doit être établie. Tous les terminaux aéronautiques du monde ne sont pas actifs en même temps, et, en fait, il y en a un certain nombre qui sont rarement voir jamais utilisés, donc Inmarsat ne provisionne pas suffisamment de ressources pour que tous les terminaux puissent être utilisés simultanément. De plus, une fois que le terminal est allumé, il doit être joignable une fois en vol. Donc le réseau Inmarsat doit contrôler périodiquement si le terminal est actif (il apparaît que cela se fait environ toutes les heures), afin de vérifier si le terminal doit rester dans la liste des terminaux actifs. Lors de ces vérifications, un message est émis afin de confirmer que le terminal doit rester enregistré sur le réseau. Ce sont les « pings satellites » qui ont montré que l’avion du vol MH370 était encore sous tension et actif après la déconnexion des messages ACARS et du transpondeur, car le terminal satellite continuait de répondre au requêtes du réseau Inmarsat pour confirmer qu’il était encore connecté.

Clé n°4 : les « pings satellite » son dus au réseau Inmarsat qui vérifie que le terminal à bord de l’avion est toujours connecté au système satellitaire Inmarsat et le terminal du Boeing 777 de la Malaysia répondait par l’affirmative à ces tests de connexion.

Donc maintenant la question est « avec quelle précision le réseau Inmarsat sait ou se situe l’avion ». Pour reprendre mon analogie avec le téléphone, quand le réseau vérifie si mon téléphone est toujours connecté, il vérifie dans quelle cellule il était enregistré précédemment. Si je me déplace dans une autre cellule, alors le téléphone communique avec le réseau pour demander une nouvelle affectation. Mais AT&T n’a pas besoin de connaitre ma position précise dans la cellule, ils ont juste besoin de savoir ou router un appel entrant. De façon similaire avec le réseau Inmarsat, il n’y a pas besoin de savoir précisément ou l’avion est situé, mais juste qu’il n’est pas ailleurs (ou nulle part).

Clé n°5 : les « pings satellite » indique que l’avion est dans une cellule, mais ne donne pas intrinsèquement sa position.

Quelle est la taille d’une cellule dans le réseau Inmarsat ? D’abord, nous devons reconnaître qu’il existe plusieurs architectures de réseau Inmarsat pour différentes générations de terminaux aéronautique. Voyez ça comme la 2G, 3G, 4G pour les téléphones. Si j’ai un iPhone de première génération, je peux utiliser la 2G seulement (GSM+EDGE), un iPhone 3G peut utiliser le réseau 3G, et une iPhone 5 peut utiliser le LTE (NDT : la 4G aux USA). AT&T supporte tous ces téléphones, mais d’une façon un peu différente. Inmarsat à introduit une nouveau service aéronautique en 2010, SwiftBroadband, en utilisant la dernière génération de satellite Inmarsat 4 (= réseau 4G). Cette nouvelle génération utilise des cellules bien plus petites (faisceau régional). Le réseau Inmarsat 3 utilise des cellules bien plus grandes (faisceau global), qui couvrent un hémisphère entier, afin de supporter les anciens terminaux aéronautique.

Dans tous les cas, l’avion du vol MH370 avait apparemment à bord un terminal Swift64 (ou même peut-être un ancien terminal Aéro-H ou H+), pas l’un des derniers terminal SwiftBroadband (ce n’est pas surprenant puisque le SwiftBroadband n’est pas encore complètement approuvé par les services de la sécurité aéronautique et est donc principalement utilisé pour fournir des services de connectivité aux passagers pour le moment, service qui n’était pas disponible à bord de ce Boeing 777). C’est l »équivalent de l’iPhone 3G, non la dernière version.

Dans l’océan indien, le service Inmarsat Classical Aero Service, qui est fourni via les terminaux Swift63 et Aero-H/H+, opère sur via le satellite 3F1 localisé sur à 64° est, et peut utiliser soit les 2 faisceaux régionaux et globaux, mais il apparait que le réseau Inmarsat utilise uniquement le faisceau global pour les pings destinés à maintenir l’enregistrement sur le réseau. Sinon, il aurait été possible d’exclure certaines positions dans l’océan.

I3-satellite-coverage

Clé n°6 : les « pings satellite » ont étés échangés avec le satellite Inmarsat 3F1 situé à 64° est de longitude et via le faisceau global.

Donc, comment peut-on trouver une position dans cet énorme faisceau global ? Il y a 2 moyens potentiels pour estimer une position :

  1. mesurer le délais de transmission pour joindre le satellite. Cela donnera un rayon autour du point à la verticale du satellite, ce qui décrira un cercle sur la surface terrestre
  2. mesurer la puissance du signal reçu par le satellite. Les antennes du satellite et sur l’avion amplifient plus le signal à certains angles qu’a d’autres. Si vous connaissez la puissance de transmission suffisamment précisément, et que vous savez quelle puissance a été reçue, vous pouvez estimer l’angle d’ou provient le signal. Cela va une fois de plus produire à rayon similaire centré sur le point à la verticale du satellite, exprimé en un cercle à la surface de la Terre.

[MISE A JOUR : je pense que la première de ces approches a plus de chances de produire une estimation précise. Voir mon nouveau billet pour plus d’information sur la localisation par ping satellite (NDT : lien vers le site original, donc en anglais)] On peut voir sur le graphique ci-dessous (pris sur une photo  de la zone de recherche  – agence Reuters Aerospace News) que la zone de recherche est basée exactement sur les courbes d’une distance donnée du point de la verticale du satellite. Cependant, il est peu probable que les mesures soient plus précises que 100 miles.

Zone de recherche
Zone de recherche

Clé n°8 : la position de l’avion a été estimée en se basant sur la puissance du signal et/ou son temps de propagation, mesuré par le satellite. La position n’est pas basée sur les données contenues dans un message et n’est pas très précise.

POINT ADDITIONNEL (17 mars) : beaucoup ont demandé pourquoi cela a pris autant de temps pour se demander d’ou venaient ces pings. Prenons une fois de plus l’analogie présentée ci-dessus. Disons que vous avez un copain qui est dans un hôtel. L’hôtel prend feu et les publications fréquences sur Twitter de votre copain cessent. Pendant les premiers jours, les pompiers cherchent son corps dans l’hôtel. Ils ne le trouvent pas. Ils cherchent donc à savoir quand son téléphone à été allumé pour la dernière fois. Il s’avère que le téléphone était encore connecté au réseau AT&T plusieurs heures après l’incendie. La police demande donc à AT&T de voir quand le téléphone à fonctionné en regardant dans leurs base de données.

C’est exactement le déroulement des événements. Le systèmes ACARS de l’avion (et le transpondeur) ont subitement cessé de fonctionner, et dans les premiers jours, tout le monde pensait que l’avion s’était écrasé et cherchait le site de crash. Comme aucuns débris n’ont été trouvés, les enquêteurs ont commencé à étudier d’autres pistes. Inmarsat à découvert que le terminal de l’avion était encore connecté à leur réseau bien après la fin des émissions ACARS. Cela a pris ensuite un peu de temps pour calculer la position du dernier ping depuis les données enregistrées du réseau Inmarsat.

Retrouver des personnes à partir des données mobiles cellulaire est une technique répandue, mais personne ne l’avait jamais fait dans le monde des satellites aéronautiques, ce qui a pu surprendre certaines personnes que ceci ne soit pas un standard dans les enquêtes d’accidents aériens. Replacez vous dans les années 80 et vous aurez la même situation avec la localisation par téléphone mobile…

 

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16 thoughts on “[MH370] Comprendre les « ping satellite »

  1. Très clair et très intéressant .
    A-t-on une liste publique des différentes distances (qui donnent des les courbes ) de ces pings car si ils sont séparés d’une heure exactement, il doit y avoir quelque chose a tirer de la liste des différentes courbes, espacées de 1h00, pour évaluer une route et une vitesse, approximative certes, mais réduisant les zones de recherches.

    1. Merci pour votre commentaire.

      Pas de liste publique des différents « points » relevés. Pour moi, cela n’apporterai de toutes façons que très peu d’informations, car on aurait juste une série de cercles concentriques. Cela permettrait tout juste de déterminer une vitesse qui ne serait qu’une vitesse d’éloignement ou de rapprochement du satellite… en fonction de la vitesse réelle de l’avion, du vent à l’altitude à laquelle il se trouvait (que l’on ne connait pas avec certitude), de l’angle (gisement) vis à vis du satellite, des éventuels détours qu’il à pu faire (on peut imaginer qu’il ne volait pas forcément en ligne droite)… ça fait beaucoup de paramètres qui rendent l’estimation d’une position en fonction de ces infos hautement imprécise… Il faut bien garder en tête que l’avion pouvait se trouver n’importe ou sur l’arc… J’imagine que ces pistes sont quand même explorées, au point ou on en est de toutes façons toute info est bonne à prendre…

  2. Article très clair pour les non initiés comme moi, mais je voudrais savoir pourquoi le pilote a coupé toutes les communications sauf celle-ci, est-ce impossible ? Je ne vois pas l’intérêt de ne couper qu’une partie des communications.

    1. Bonjour,

      Nous n’avons pas de certitudes sur qui ou quoi à provoqué la coupure du transpondeur et de la liaison ACARS (il peut s’agir d’un pilote ou non).

      Le seul moyen de supprimer les pings satellites est de débrancher électriquement le modem satellite ou son antenne…

      1. Ils supposent que l’avion s’est abimé en mer car il n’émettait plus de pings satellites, mais peut-être qu’ils ont été débranchés ??? et qu’il a continué à voler pls heures…

        1. Bonjour,

          La quantité de carburant présente à bord est connue de façon très précise, ainsi que la consommation horaire de l’avion dans les différentes phases de vol (montée, croisière, descente… le constructeur fournit ces données et s’engage dessus car le carburant est le poste de dépense le plus important des compagnies aériennes donc). A la mise en route, le pilote sait donc parfaitement à quelle heure ses moteurs s’arrêterons par manque de carburant, et c’est une information qu’il doit avoir en permanence en tête (un pilote n’a pas le droit de se poser avec moins d’une certaine quantité de carburant, s’il atteint cette quantité et qu’il est encore en vol, alors il a l’obligation de se déclarer en urgence). L’heure du dernier ping satellite correspond à quelques minutes avant l’heure d’extinction des moteurs… il est donc peu probable que l’avion soit allé beaucoup plus loin…

          1. merci pour votre réponse, d’après la quantité de carburant déclarée, effectivement il n’a pas dû aller bien loin, mais ce n’est pas vraiment ma question, ma question est: est-il possible de désactiver les pings en plein vol ? En coupant le moteur en par exemple ? Je sais que tout cela n’est pas autorisé, mais ils ont désactivés les autres transpondeurs et ce n’est pas autorisé non plus… mais peut-être ce n’est pas possible d’avoir cette info pour des raisons de sécurité ?

          2. Bonjour,

            Je ne connais pas en détail le câblage électrique du 777… cependant, il est très probable qu’il existe un où plusieurs moyens de couper le modem satellitaire… ce modem est très certainement connecté au réseau de l’avion au travers d’un disjoncteur (breaker), il suffit de savoir ou est ce breaker pour mettre hors circuit le modem satellitaire… en coupant les moteurs, il est probable que ce modem s’arrête également (je ne pense pas qu’il figure dans la liste des équipements indispensables au vol donc il est n’est probablement pas secouru sur batterie). On pourrait aussi débrancher le câble qui relie le modem à son antenne, ce qui aurait pour effet de rendre sourd et muet le modem. Reste à voir l’accessibilité en vol de ces différents éléments…

            Si c’est bien un homme qui a désactivé le transpondeur et coupé la transmission des messages ACARS, alors il était bien renseigné (couper le transpondeur est très facile mais couper les ACARS ne s’apprend pas sur Flight Simulator).

          3. Merci pour votre réponse, ça répond très bien à ma question. L’avion peut donc couper les pings en vol tout comme les autres systèmes de communication et poursuivre sa course incognito.
            Merci

          4. Bonjour, J’aurais une autre question, qui ne concerne pas les « pings » mais l’éclairage extérieur de l’avion: de nuit j’ai tjs vu les avions voler avec les lumières rouges ou blanches qui clignotent. Je souhaiterais savoir dans quelles circonstances, les avions peuvent s’en passer ? Ou si c’est obligatoire ? Peut-être les jets privés, ou les avions cargos ou bien les avions de l’armée sont dispensés de ces lumières rouges ou blanches ? ( sur l’espace aérien français ). Merci d’avance de votre réponse.

          5. Bonjour,

            Les feux de position (rouge à gauche, vert à droite, blanc derrière) sont obligatoires sur tous les avions des lors qu’ils doivent voler de nuit, autant dire que cela fait parti de l’équipement standard de tous les aéronefs, à l’exception parfois de certains avions légers les moins équipés, utilisés dans le cadre de vols de loisirs. Ces feux sont complétés de feux à éclats omnidirectionnels. Ces feux doivent impérativement êtres allumés dès la nuit aéronautique, mais on peut aussi les utiliser de jour pour améliorer la visibilité de l’avion (on peut sans problèmes voir les phares d’atterrissages d’un avion en plein jour à plusieurs kilomètres pourvu que l’on se trouve face à l’avion). Cette obligation résulte d’une raison simple : ces feux sont les derniers rempares avant la collision en cas de défaillance des autres moyens de séparation (contrôle aérien, système ACARS…), et permettent au pilote de 2 aéronefs de connaitre le sens déplacement d’un avion (si je vous un feu rouge, l’autre avion arrive de la droite, il est prioritaire, feux vert, l’autre avion vient de gauche et je suis prioritaire). Les cargos sont la plupart du temps civils et doivent donc allumer ces feux conformément à la réglementation.

            Les avions militaires peut-êtres amenés à couper leurs feux dans certaines phases de leurs missions pour se rendre plus discrets.

            Sont feux sont commandés depuis le cockpit par des simples interrupteurs conçus pour être accessibles des 2 pilotes.

  3. bonjour,
    on parle de 7 pings reçus par le satellite en tout pendant le vol
    on évoque tout le temps la position de l’avion pour le dernier ping
    on ne parle jamais de sa position pour les 6 premiers pings, pourquoi ?

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