Proba-1 rajeuni par une « opération » oculaire

Vue d’artiste de Proba-1 en orbite
20 juin 2012

Après plus d’une décennie passée sur orbite, le petit satellite Proba-1 de l’ESA a montré qu’il faisait son âge en se mettant en état d’hibernation au cours de l’hiver dernier. Mais un logiciel du pointeur stellaire qui a dépassé cinq fois sa durée de vie a permis de ranimer, pour une remise en service complet, le microsatellite d’observation de la Terre qui fait partie des vétérans de l’espace.

Grâce à un nouveau logiciel du Technical University of Denmark (DTU), Proba-1 parvient de nouveau à faire la distinction entre constellations d’étoiles jeunes et amas de « points chauds » afin de se pointer correctement.

“On est arrivé à ce beau résultat, car le pointeur stellaire de Proba-1 est pratiquement rajeuni”, constate Frédéric Teston, chef du programme Proba de l’ESA. “Le satellite est à nouveau en service pour reprendre sa mission d’observation.”

Il est bon de rappeler que Proba signifie ‘Project for Onboard Autonomy’. De fait, Proba-1 a été conçu pour effectuer des opérations en toute autonomie sur l’orbite basse terrestre qu’il a atteinte le 22 octobre 2001.

Les contrôleurs au sol du Centre ESA de Redu ont juste besoin d’introduire les coordonnées géographiques d’un site terrestre à observer. Et le microsatellite qui n’est guère plus grand qu’un cube ayant 1 m de côté s’exécute pour s’orienter vers la cible, allant même jusqu’à se balancer le long de sa trajectoire pour saisir des vues sous différents angles.

Proba-1 rotating in space
Proba-1 fait preuve d’agilité pour prendre des vues

Cette agilité est due à l’Advanced Stellar Camera (ASC) qui l’équipe. Développée par DTU, ce système fonctionne comme un pointeur stellaire de technologie CCD dont l’ordinateur prend pour références des constellations d’étoiles pour évaluer l’attitude du satellite et pour le faire pivoter dans la direction demandée.

Mais après des années d’un bombardement continu de particules chargées qui traversent l’environnement spatial, des taches brillantes se sont s’incrustées sur le CCD et elles ont fini par voiler les étoiles réelles à viser pour le pointage du microsatellite.

Startracker view
Amas de “points chauds” qui voilent les étoiles

“Ces “points chauds” correspondent à de simples pixels, tandis que les étoiles couvrent bien plus que de simples pixels quand elles se manifestent sur les lentilles,” explique Troelz Denver, professeur associé au DTU. “Aussi, au commencement des opérations de Proba-1, il semblait assez simple de faire une distinction entre les deux types de points lumineux.”

“On a été confronté au défi que des points d’impact de rayonnement finissent par s’accumuler, s’étendant sur deux, trois, voire plusieurs pixels voisins qui présentaient un défaut de vision. Finalement, Proba-1 en était arrivé à percevoir trois à quatre fois plus d’amas de “points chauds” que d’étoiles.”

Les effets du rayonnement se montrent plus sévères sur le CCD une fois que la température augmente. Aussi a-t-on mis Proba-1 en état d’hibernation en janvier dernier, quand, sur son orbite elliptique – compte tenu du fait qu’on est dans l’hémisphère Nord –, il se trouve plus proche du soleil et que l’intensité de l’éclairement solaire augmente de 10 % sur le satellite.

Proba-1, qui a été conçu initialement comme démonstrateur technologique pour une durée de vie de deux années, a vu sa mission évoluer vers un service opérationnel d’observation de la Terre. Son arrêt de fonctionnement s’est traduit par une interruption gênante des observations pour des centaines d’équipes de chercheurs dans le monde.

“Nous sommes restés en contact avec le team du Centre ESA de Redu et avec QinetiQ Space, le maître d’oeuvre de la mission,” ajoute Dr Denver. “Une solution était possible vu que l’Advanced Stellar Camera (ASC) pouvait être reprogrammé en vol.”

“Le Centre de Redu a effectué les manoeuvres pour faire baisser la température du pointeur stellaire, tandis qu’on obtenait des images de l’instrument pour des tests. Nous avons été ainsi en mesure de voir exactement ce qu’observait le pointeur.”

Pretoria satellite image
CHRIS image of Pretoria, South Africa

“Pour les nouveaux algorithmes que nous avons mis au point, on a tenu compte du fait que l’ASC de Proba-1 a deux têtes jumelles. Cette dualité empêche que le Soleil ou la Terre bloque la vision des étoiles le long de la trajectoire. ”

“Quand l’une des têtes de la caméra rencontre des difficultés à séparer les étoiles des amas de « points chauds », c’est l’autre maintenant qui vient à son secours.”

La version améliorée de l’algorithme est également disponible pour être utilisée sur des versions ultérieures de l’ASC. Celle-ci a précédemment volé sur la sonde lunaire Smart-1 de l’ESA. On a par ailleurs ces versions qui fonctionnent à bord de l’observatoire solaire Proba-2 et du satellite GOCE qui cartographie le champ magnétique terrestre. On en trouvera sur les trois satellites de la constellation Swarm qui doivent être lancés dans les prochains mois pour une analyse fine du magnétisme autour de la Terre.

Startracker camera heads
Les têtes jumelles de la caméra du pointage stellaire

L’Advanced Stellar Camera (ASC) a été développée initialement par le DTU pour équiper le satellite danois Ørsted des années 1990. Elle présentait cette particularité d’être capable de réaliser un pointage de façon autonome, même quand le satellite n’est plus sous contrôle, comme ‘perdu dans l’espace’.

Ashgabat highway
Image haute résolution du Turkmenistan, réalisée par Proba-1

Dr Denver envisage des missions futures dans l’espace qui emploient plusieurs pointeurs d’étoiles. “Plus il y en a, plus on peut réaliser des manoeuvres complexes sans que le satellite ne soit aveuglé lors de son orientation. Et, comme le montre Proba-1, on peut renforcer la durée de fonctionnement du pointeur et donner une nouvelle vie au microsatellite.”

Copyright 2000 - 2014 © European Space Agency. All rights reserved.