15 Octobre 2018

La fin innovante de Microscope

Arrivé au terme de sa mission, le satellite français Microscope va déployer pour sa dernière manœuvre un nouveau système de désorbitation. Une première du genre pour éviter les débris en orbite. Echange avec Isabelle Petitbon (Responsable du programme de physique fondamentale – CNES) et Pierre-Yves Guidotti (Chef de projet Exploitation pour Microscope – CNES).

Deux ans et demi après son lancement en orbite basse polaire en avril 2016, le satellite Microscope vit ses dernières heures. Destiné à tester le principe d’équivalence avec une précision inédite grâce à deux masses en chute libre, ce satellite du CNES a terminé avec succès la collecte des données scientifiques en février 2018. « Du point de vue scientifique, les équipes dédiées ont jusqu’à la fin 2019 pour exploiter et publier leurs résultats basés sur toutes les données acquises. C’est l’ultime étape pour Microscope. Sur le plan technique, nous avons profité des six derniers mois pour réaliser plusieurs expériences technologiques. Elles ont permis de mieux caractériser nos instruments de mesure en orbite ainsi que le comportement du satellite, ce qui est très profitable pour affiner les marges d’erreur sur les mesures. Cela prépare aussi le terrain pour de possibles futures missions similaires » explique M. Guidotti.

« Les premiers résultats de Microscope ont déjà permis de contraindre certaines théories alternatives qui visent à unifier physique quantique et relativité générale, précise Mme Petitbon. Qu’ils confirment le principe d’équivalence ou détectent une violation de ce même principe, les résultats définitifs feront encore avancer les scientifiques dans cette quête, mais le satellite est arrivé en fin de vie. Il est en très bon état, mais n’a plus de gaz froid pour ses micro-propulseurs, utilisés pour compenser la trainée et garder les masses en chute libre contrôlée. Il n’est plus possible d’acquérir de nouvelles mesures scientifiques, il est donc temps de s’occuper de la passivation ».

Stratégie anti-débris

Le satellite Microscope ne possède pas, comme la majorité des autres plateformes en orbite, de propulseurs chimiques capables de fournir suffisamment d’énergie pour le désorbiter. Après la séquence de passivation, qui consiste à le rendre aussi inactif que possible (aucune source d’énergie pneumatique, chimique ou électrique ne doit subsister), Microscope sera considéré comme un débris en orbite, autour de la Terre à 710 km d’altitude. Or il s’agit d’un petit satellite de seulement 330 kg, qui présente peu de surface et donc peu d’interactions avec les rares particules atmosphériques capables de le freiner à cette altitude : il lui faudrait 73 ans pour finalement se consumer dans l’atmosphère terrestre. La vigilance vis-à-vis des débris spatiaux est un sujet important pour le CNES, d’autant que la France est responsable depuis 2008 de l'application de la Loi Relative aux Opérations Spatiales, qui impose de mettre en place des stratégies de désorbitation et de réduction des risques liés aux débris spatiaux.

C’est pourquoi MICROSCOPE embarque IDEAS (Innovative DEorbiting Aerobrake System) constitué de deux mâts de 4,5m gonflables, qui tendent chacun une « aile » souple. « La surface de Microscope augmentera de 9m², ce qui va générer beaucoup plus de frottements par les particules atmosphériques et par freinage va modifier l’orbite au cours du temps. Globalement, grâce à ce système nous prévoyons que le satellite va brûler dans l’atmosphère au bout de 27 ans » détaille M. Guidotti. « La passivation démarrera le 15 octobre, et la séquence finale sera enclenchée le 16. Cela durera environ 9 heures et pour nous c’est un moment de tension car lorsque l’on clique et qu’on envoie cette commande, c’est définitif, il n’y a aucun retour en arrière. Le satellite achève seul sa passivation, étape par étape, et cesse toute communication. C’est dans cette séquence qu’IDEAS sera déployé, il n’y a donc qu’une seule chance de réussir ! »

Observer les résultats

Le système IDEAS qui fait ici son baptême en orbite sera donc surveillé depuis le sol : en s’aidant de performants radars au sol, la première étape sera de déterminer si les deux mâts se sont correctement étendus : replié, le système ne mesure que 25 cm de long, et ses ailes sont pliées tel un origami. « On ne sait pas si nous pourrons immédiatement voir les résultats, car l’observation radar des deux ailes requiert d’avoir une bonne orientation du satellite Microscope, et comme il ne sera plus contrôlé à ce moment de sa mission, il est impossible de la connaître à l’avance. De plus, au moment du déploiement d’IDEAS, il est possible que lorsque les mats vont se gonfler, cela fasse tourner le satellite sur lui-même, décrit Mme Petitbon. La réponse viendra aussi dans le mois qui suit lorsque l’on détectera si le satellite est effectivement freiné par le système ». Les équipes ont toutefois mis les chances de leur côté : IDEAS a même été testé en « 0g » en 2007, et fait l’objet de deux brevets pour le CNES ainsi que pour Airbus D&S qui a réalisé le dispositif avec Air Liquide et EREMS. Et s’il ne s’agit pour l’instant que d’une démonstration technologique, d’autres satellites équipés de faibles propulsions pourraient en bénéficier, tandis que plusieurs industriels sont intéressés par le principe original du déploiement par gonflage. Entre sa fin de vie et les futures publication scientifiques, Microscope ne cessera donc pas d’être étudié.

Les deux mâts de Microscope vont tendre deux ailes souples pour ralentir le satellite et le désorbiter.
© CNES Virtual-IT 2018
















IDEAS déployé © CNES



















IDEAS replié © CNES

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