Proba-3 teste le vol en formation… au sol – .

Les deux satellites Proba-3 ont été placés face à face dans une salle blanche, et des caméras, des LED, un laser et des capteurs d’ombre ont été activés à tour de rôle pour tester les systèmes qui permettront aux deux satellites de détecter leurs positions précises l’un par rapport à l’autre, afin de s’aligner l’un avec l’autre en orbite avec une précision millimétrique.

Lorsque deux satellites se rapprochent à quelques centaines de mètres l’un de l’autre, la réaction habituelle est une manœuvre d’évitement de collision. Mais la paire de satellites Proba-3 de l’ESA va effectuer une sorte de danse contrôlée en orbite, leurs deux éléments se rapprochant jusqu’à 25 mètres l’un de l’autre.

Alignez-vous avec le soleil

À environ 150 m de distance, la paire s’alignera avec le Soleil pour projeter une ombre d’un satellite à l’autre, créant ainsi des éclipses solaires artificielles prolongées qui révéleront la fine atmosphère extérieure du Soleil sans être aveuglé par sa luminosité.

Comment cela sera-t-il possible ? Comme les voitures autonomes sur Terre, les satellites Proba-3 tireront parti de plusieurs capteurs basés sur différentes technologies pour déduire leurs positions les unes par rapport aux autres.

Tous ces systèmes doivent fonctionner parfaitement pour que la mission réussisse. C’est pourquoi ils ont été testés avec le logiciel des satellites pour la première fois dans la salle blanche de Recâblage à Kruibeke, près d’Anvers en Belgique.

« Proba-3 est une mission de démonstration de vol en formation, et ces systèmes constituent réellement le cœur de la mission », explique Teodor Bozhanov, ingénieur logiciel et systèmes de l’ESA.

« Pour maintenir la position des deux satellites avec la précision requise, des étapes spécifiques doivent être réalisées l’une après l’autre. On commence par des observations optiques, puis on passe à la métrologie laser, et enfin à la détection de l’ombre portée par un satellite sur l’autre. Si l’une de ces étapes n’est pas réussie, on ne peut pas passer à l’étape suivante. »

Les satellites face à face

Les deux plates-formes Proba-3 ont été placées à un peu plus de 15 m l’une de l’autre – la distance maximale autorisée dans l’espace confiné de la salle blanche de Redwire – même si dans l’espace, les deux satellites seront dix fois plus éloignés lorsque les systèmes de vol en formation de la mission entreront en service.

Une équipe de Sener (Espagne), principal contractant de Proba-3, a rejoint les équipes de Redwire et de l’ESA pour la campagne de tests d’une semaine, aux côtés d’experts de l’institut de recherche spatiale danois DTU Space, qui a construit le système de capteurs basés sur la vision de Proba-3.

Radio, satellite et navigation stellaire

Le couple restera connecté tout au long de son orbite grâce à un système de liaison radio inter-satellites de Tekever (au Portugal), qui adaptera constamment sa portée.

Ils cartographieront également leurs positions absolues dans l’espace à l’aide de récepteurs de navigation par satellite spécialement conçus, qui doivent tenir compte du fait que l’orbite hautement elliptique de Proba-3 à 60 000 km d’altitude croisera directement les orbites des constellations de satellites de navigation et s’élèvera au-dessus d’elles.

Enfin, les deux satellites sont équipés de suiveurs d’étoiles – des caméras reliées à un ordinateur qui reconnaissent les constellations qui les entourent pour déterminer « l’attitude » de chaque satellite, c’est-à-dire la direction dans laquelle le satellite pointe dans l’espace.

LED, caméras, lasers – Se mettre en position

C’est lorsque les satellites se trouvent à moins de 250 m l’un de l’autre qu’entrent en jeu les systèmes de navigation relative utilisés pour le vol en formation de précision – et ils ont été testés l’un après l’autre lors de cette campagne de tests.

La première étape est le système de capteurs basés sur la vision. Une caméra grand angle est utilisée pour suivre un motif de LED sur l’autre satellite et fournit des informations relativement approximatives sur la distance des satellites les uns par rapport aux autres, ainsi que des informations supplémentaires sur leur attitude.

Ce dispositif est complété par une caméra à angle étroit qui se verrouille sur un deuxième motif LED beaucoup plus petit, fournissant des informations de positionnement relatif jusqu’à une échelle d’environ un centimètre.

Précision de l’ordre du millimètre

Le capteur latéral et longitudinal fin du satellite « occulteur » Proba-3 dirige ensuite un laser vers un rétroréflecteur en coin de cube du satellite « coronographe », qui est à son tour réfléchi vers l’occulteur. Ces capteurs FLL permettent un positionnement relatif avec une précision millimétrique.

La dernière technologie de positionnement est le système Shadow Positioning Sensor, basé sur des photodétecteurs disposés autour de la lentille que l’instrument coronographe principal de Proba-3 utilisera pour surveiller la couronne entourant le Soleil.

Si l’ombre d’environ 5 cm de diamètre est projetée correctement, centrée sur le coronographe, alors la luminosité devrait être égale de tous les côtés ; toute divergence déclencherait une correction.

Des tests combinés pour la première fois

« Tous ces systèmes ont déjà été testés au niveau unitaire et dans des simulations », explique Jonathan Grzymisch, ingénieur en guidage, navigation et contrôle de l’ESA. « Mais c’était vraiment la première fois que les éléments matériels et logiciels étaient utilisés ensemble, comme ils le seront dans l’espace. Le système de navigation traitait des données matérielles réelles, allant de mesures grossières à des mesures de plus en plus fines. »

« L’échelle limitée à laquelle nous avons dû travailler a rendu la configuration des tests complexe, car nous avons dû tromper le logiciel de guidage, de navigation et de contrôle pour qu’il fonctionne en dehors de ses domaines opérationnels. Par exemple, nous avons utilisé un robot de notre laboratoire de guidage, de navigation et de contrôle de l’ESTEC (aux Pays-Bas) pour tenir un rétroréflecteur laser, car la configuration des tests ne permettait pas de l’aligner avec celui du satellite coronographe.

« Les essais se sont néanmoins déroulés sans problème, ce qui nous rapproche de la préparation au lancement. La prochaine fois que tous ces systèmes fonctionneront ensemble, ce sera dans l’espace, après le début de la mission. »

Le lancement de Proba-3 est prévu cet automne sur un lanceur indien PSLV-XL.

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