Odyssée Cubesat avec la constellation QB50
Jusqu’à ce 30 avril, les candidats intéressés par le Programme QB50 d’une constellation de 50 nano-satellites, dits Cubesats, devaient avoir envoyé leurs dossiers de participation au Von Karman Institute (VKI) de Rhode Saint Genèse (près de Bruxelles) qui en est l’initiateur. Un groupe d’experts, dirigé par Dr Ruedeger Reinhard, un « ancien » de l’ESA, doit évaluer les candidatures et sélectionner les participants au début de juin.
QB50 est actuellement le programme le plus ambitieux de Cubesats au niveau international. Avec un budget qu’on estime à quelque 20 millions d’euros. « Il s’agit de satelliser au moyen d’un seul lancement une constellation de 50 Cubesats pour des mesures « in situ » de la basse thermosphère, dans le but de mieux connaître et comprendre l’environnement des rentrées atmosphériques », explique Jean Muylaert, le directeur du VKI. Celui-ci contribua, quand il était responsable du Département aérothermodynamique à l’ESTEC, au développement de la mission EXPERT (European Experimental Reentry Testbed) prévue avant la fin de cette année.
Un souffle de jeunesse sur le spatial
Le Von Karman Institute manifeste un grand intérêt pour la technologie des nano-satellites. Du 30 janvier au 1er février, en marge d’un Workshop QB50, il a organisé la 4ème édition de l’European Cubesat Symposium à l’Ecole Royale Militaire de Bruxelles. Cette conférence a réuni quelque 250 participants d’une communauté d’acteurs qui s’impliquent dans la mise au point et en oeuvre de nano-satellites à des fins diverses. Cette communauté prend de l’ampleur aux quatre coins du monde. On assiste à une prolifération de Cubesats dans un but éducatif, à des fins scientifiques et pour les tests peu coûteux de techniques nouvelles. Ce sont quelque 250 Cubesats qui ont déjà été mis sur orbite et qui sont en cours de développement. Le vol de démonstration du lanceur européen Vega, le 13 février, a permis le déploiement de sept Cubesats, qui proviennent d’institutions universitaires et polytechniques d’Espagne (Xatcobeo), de France (Robusta), de Hongrie (MaSat-1), d’Italie (e-st@r, UniCubesat), de Pologne (PW-Sat), et de Roumanie (Goliat).
Le concept Cubesat, qui peut se décliner sous différents formats - depuis la simple unité jusqu’à un ensemble de 24 éléments -, est né dans les années 90 au Calpoly (California Polytechnic State University) de San Luis Obispo et à l’Université de Stanford grâce au Professeur Bob Twiggs. Celui-ci a vu dans ce cube d’une masse de 1 kg, d’une capacité d’1 l et d’une puissance d’1 W : - un outil de pédagogie et d’interactivité entre des teams étudiants d’universités, instituts et écoles polytechniques, - un stimulant et banc d’essais de la miniaturisation des composants (senseurs, propulseurs, contrôleurs d’attitude) et de l’innovation technologique pour l’accès à l’espace (missions « low cost » d’astronomie, de télédétection, expériences en microgravité…), - un moyen polyvalent d’acquérir une expérience industrielle avec un minimum de risques.
Missions éducatives et technologiques pour l’ESA
L’ESA porte d’ailleurs un grand intérêt à l’essor des CubeSats. Elle y voit un secteur extrêmement dynamique où de nouvelles start-ups et à des PME peuvent se développer rapidement en misant sur les niches de nouveaux marchés que permet ces systèmes « low-cost ». Outre le volet des activités pour son Département Education, l’ESA évalue des propositions de missions CubeSat dans le cadre de son Programme de Technologie. ,br>
Plusieurs CubeSats doubles ou triples - deux ou trois fois le volume 10x10x10 cm des CubeSat éducatifs qui ont été satellisés par le premier lanceur Vega – font l’objet de développement dans les universités, instituts de recherche et petites sociétés en Europe. En offrant plus de volume, ces CubeSats plus importants disposent d’une capacité suffisante qui autorise de vraies missions dans l’espace et réelles applications sur orbite. Leur réalisation intéresse divers groupes de recherche : des démonstrateurs technologiques à bas coût (notamment pour les micro-nano systèmes spatiaux), des plates-formes bon marché pour des expériences scientifiques (biologie, astronomie, physique…), des outils pour des mesures simultanées en plusieurs lieux de l’environnement spatial grâce à la mise en œuvre d’un essaim de CubeSats (comme QB50), des constellations de CubeSats pour des services sur Terre, tels que le suivi des bateaux et les connexions à bas débit.
Des mesures « in situ » de la basse thermosphère
Le phénomène Cubesat, qui est global et pluridisciplinaire, est promis à un bel avenir sous la forme de constellations spécialisées de nano-satellites, comme l’a souligné Dr R. Reinhard, dans sa présentation qui inaugurait le Symposium de Bruxelles. De son côté, J. Muylaert insistait sur le caractère fédérateur et pédagogique de QB50. Il permettra dès 2015 le déploiement de Cubesats réalisés par différents teams avec des senseurs identiques qui exploreront cette région, peu connue, de la basse thermosphère entre 90 et 320 km d’altitude.
L’objectif QB50 est bel et bien de créer autour de la Terre un réseau éphémère de Cubesats doubles, qui effectueront des mesures simultanées, en plusieurs points et pendant plusieurs semaines, de l’environnement des rentrées dans l’atmosphère. Ces données seront bien utiles, dans le cadre du programme SSA (Space Situational Awareness) de l’Union et de l’ESA, pour affiner les prédictions de fin de la vie orbitale des satellites et de leur point de chute sur le globe terrestre. Chaque bus de Cubesat aura une charge utile de base comprenant au moins un senseur d’oxygène, une sonde Langmuir, des spectromètres de masse, thermistors et réflecteurs laser. Le montant à charge de chaque équipe participante est estimé à 150.000 euros.
Lancement à partir d’un sous-marin russe
En novembre dernier, la Commission européenne, via son 7ème Programme-Cadre de Recherche (2007-2013), a donné le feu vert au système QB50. Elle décidait d’allouer un budget R & D de 8 millions d’euros pour le déploiement de la constellation. Son intervention permet de financer le lancement avec un missile russe Shtil, l’équipement d’emport et d’éjection des nano-satellites. Les cinquante Cubesats seront dispersés dans la thermosphère par le 3ème étage du lanceur russe Shtil 2.1. Développé par le centre d’Etat Makeyev, pour satelliser jusqu’à 300 kg en orbite basse, il s’agit d’un missile tiré depuis un sous-marin nucléaire mouillant près de la base de Mourmansk.
Dans le cadre du subside européen, ce Shtil 2.1 doit faire l’objet d’un lancement expérimental fin 2013 ou début 2014. A cette occasion, il pourrait satelliser une demi-douzaine de nano-satellites. Deux prototypes de petits voiliers solaires - le Gossamer-1 allemand et l’Inflatesail britannique -, ainsi que le nano-cône de rentrée cône de rentrée VKI Re-Entsat, seraient candidats. Invitation lancée par le VKI pour que d’autres Cubesats montent à bord. Plusieurs équipes belges ont fait des propositions de missions Cubesats, mais sont à la recherche d’un financement. On en saura plus lors du 4ème QB50 Workshop les 5 et 6 septembre, puis du prochain European Cubesat Symposium qui se tiendra à Bruxelles du 4 au 6 juin 2013.
