Constellation QB50 pour sonder l’espace des rentrées

Ce sont 50 Cubesats doubles qui vont être déployés à quelque 300 km d’altitude pour des mesures dans la thermosphère.
25 novembre 2009

Le Von Karman Institute (VKI), à Rhode-Saint-Genèse (près de Bruxelles), est le centre européen spécialisé dans la simulation et la modélisation des concepts supersoniques et hypersoniques, ainsi que des rentrées dans l’atmosphère.

Il a accueilli les 17 et 18 novembre la communauté d’acteurs de projets Cubesat, notamment en Europe, dans le cadre de l’atelier QB50 sur le projet d’une constellation de 50 nanosatellites scientifiques. Cette rencontre avec des chercheurs de la basse thermosphère - entre 90 et 320 km autour de la Terre - était organisée à l’initiative du directeur du VKI, Jean Muylaert.

Le Professeur Twiggs ne manque pas d’imagination pour les nanosatellites à des fins éducatives.

Dr. Muylaert, spécialiste des systèmes et problèmes de rentrée dans l’atmosphère, était précédemment responsable du Département aérothermodynamique à l’ESTEC et de la mission EXPERT (European Experimental Reentry Testbed) prévue durant l’été 2010. L’atelier QB50 a permis de préciser les objectifs et la feuille de route d’une initiative à la fois scientifique et pédagogique : « Il s’agit de déployer au moyen d’un seul lancement une constellation de 50 Cubesats doubles pour des mesures « in situ », simultanée en plusieurs points, de la thermosphère inférieure.. Ces mesures conçues par des institutions scientifiques et effectuées de façon continue pendant trois mois serviront à mieux connaître et comprendre l’environnement des rentrées dans l’atmosphère ». QB50 a également l’ambition d’être un programme fédérateur, au niveau mondial, de nano-satellites de 2 kg, spécialement équipés pour obtenir les paramètres atmosphériques de cette région, peu explorée et mal connue, entre 90 et 320 km d’altitude. Ces Cubesats doubles, avec leurs détecteurs, doivent être fournis et mis en œuvre par des teams, formés de professeurs et d’étudiants, dans les universités, instituts de recherches et écoles polytechniques.

Présence du « père » de la formule Cubesat

L’atelier QB50 du VKI, inauguré par Monique Wagner, Chef de la Section « Recherche & Applications spatiales » de la Politique scientifique belge, avait attiré une centaine de personnes de toute l’Europe, ainsi que des Etats-Unis. Il a servi à mettre en contact les acteurs Cubesat et les spécialistes de l’atmosphère. En faisant le point sur l’état des connaissances du milieu atmosphérique à la frontière de l’espace, cette rencontre internationale a mis en évidence les besoins en données pour lesquels de nouveaux senseurs doivent être conçus et mis au point pour des Cubesats doubles. On notait la présence de Michel Courtois, directeur ESA de la Gestion technique et qualité et directeur de l’ESTEC, ainsi que du Professeur Bob Twiggs que l’on considère comme le « père » de la formule Cubesat au Calpoly (California Polytechnic State University) à San Luis Obispo. A présent retraité, il a mis ses compétences au service du nouveau Space Science Center de la Morehead State University, dans le Kentucky.

Tout en insistant sur leur offre exceptionnelle et leur importance pédagogique, B. Twiggs a encouragé les projets d’envergure internationale – à l’instar de la constellation QB50 -, qui stimulent l’interactivité entre les universités, instituts et écoles polytechniques, l’échange d’idées innovantes, la miniaturisation des composants, la réduction du temps de mise en œuvre, l’acquisition d’une expérience industrielle avec un minimum de risques… Il a présenté de nouvelles initiatives pour promouvoir l’accès étudiant au domaine spatial, qui est un véritable ferment de matière grise : le système des « nanoracks » à bord de l’ISS pour des nano-expériences en microgravité, ainsi que la formule ultra-miniaturisée du 16 PocketQub. Ce picosatellite de poche, un cube de quelques centaines de grammes et ayant 2 cm de côté, peut être développé rapidement d’après un kit et servir à des missions de quelques semaines en orbite basse. Son intérêt est de pouvoir tenir dans une grappe de huit, en étant réalisé et lancé pour moins de 5.000 euros. Ce qui le met à la portée de teams d’étudiants pour des travaux scientifiques et des innovations technologiques

Une constellation scientifique et pédagogique

La constellation QB50 doit former un réseau autour de la Terre d’une cinquantaine de Cubesats doubles (2 à 3 kg). Sur orbite à quelque 300 km d’altitude, ils seront déployés pour être distants l’un de l’autre de 200 à 400 km. Ils devraient pouvoir être satellisés pendant l’été 2013 par le lanceur militaire russe Shtil 2.1 depuis un sous-marin nucléaire ancré près de la base de Mourmansk (au nord du Cercle Arctique). Leur dispersion dans la thermosphère se fera grâce à son 3ème étage très manoeuvrable. Les nano-satellites, avec leurs détecteurs spécifiques, sont conçus pour des mesures simultanées, en plusieurs points et pendant plusieurs semaines, de l’environnement des rentrées dans l’atmosphère. Shtil 2.1 qui est dérivé d’un missile stratégique et développé par le centre d’Etat Makeyev, est capable de satelliser jusqu’à 300 kg en orbite basse.

Le programme QB50 a suscité l’intérêt de nombreuses universités et instituts en Europe et dans le monde : Autriche (2), Belgique (2), Danemark (2), Espagne (2), Estonie (1), Finlande (1), France (3), Allemagne (3), Grèce (1), Hongrie (1), Irlande (1), Italie (3), Pays-Bas (2), Norvège (1), Pologne (1), Portugal (1), République tchèque (1), Roumanie (1), Royaume-Uni (3), Suède (1), Suisse (2), ainsi qu’en Australie (1), Canada (2), Chili (1), Etats-Unis (jusqu’à 10), Japon (2), Pérou (1), Russie (1), Taiwan (1). A ce jour, une quinzaine de candidats QB50 ont vraiment manifesté leur intention de participer. Le VKI se charge de trouver des sources de financement, de gérer le contrat du lancement, de développer un Cubesat spécial de rentrée (Re-Entsat), de collaborer avec l’Institut d’Aéronomie Spatiale de Belgique pour la banque de données et avec la station ESA de Redu pour l’emploi du système GENSO (Global Educational Networkk for Satellite Operations)…

Planning serré pour objectif 2013

Quatre groupes de travail sont mis en place pour le pilotage du programme (Steering Group), la dynamique orbitale (Orbital Dynamics), la sélection des senseurs (Sensor Selection), l’allocation des fréquences UHF/VHF ou bande S (Frequency Allocation). Les propositions Cubesat doivent être remises au VKI pour octobre 2010 en vue d’une sélection fin de l’année prochaine, à l’occasion du prochain atelier au VKI. Les teams retenus doivent livrer leur modèle de vol à l’ESTEC en mars 2013. Le déploiement de la constellation QB50 est prévu pour juillet 2013.

Note : Les réalisateurs d’une vingtaine de Cubesat – 10 cm de côté, 1 kg –, qui prennent forme en Europe, ont eu l’occasion de présenter leurs missions lors de la sessions Poster de l’atelier QB50. C’est en Allemagne qu’on trouve le plus d’universités et d’écoles polytechniques où des teams étudiants ont entrepris des missions de nanosatellites : Berlin avec Beesat, Dresde avec StarD, Heidelberg avec Heidelsat, Munich avec MOVE, Aix-la-Chapelle avec Compass... Dans les autres pays, on a : les DTUsat et AAUsat-3 danois, le Robusta français, le CzCube tchèque, le Tisat suisse, le Xatcobeo espagnol, le Goliat roumain, l’OUFTI belge, le PW-Sat polonais, le MaSat hongrois, l’UPCsat-1 catalan, le Tugsat autrichien, le HINcube norvégien…Pour éviter que l’espace, avec la prolifération des Cubesat, ne soit trop encombré, il est demandé de les placer sur des orbites pour une rentrée naturelle au bout de 25 ans.

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