X-CubeSat II

Avec le programme Janus, le Centre Spatial Etudiant de l’Ecole Polytechnique se lance à nouveau dans la construction d’un nano-satellite. Ce programme soutient déjà 15 projets et aide à structurer l’activité universitaire dans le domaine des nano-satellites en France. En guidant les étudiants, ce programme favorise l’émergence de nouvelles technologies et leur validation en vol. Le projet pilote Eyesat a déjà été rejoint par 15 projets, X-Cubesat II est l’un d’eux.

Composé de trois unités CubeSat, X-Cubesat II a pour but d’étudier les relations Soleil/Terre et plus précisément l’éclairement solaire total et spectral, ainsi que ses fluctuations au cours du temps. Ce projet, qui a commencé il y a 1 an déjà, fait désormais intervenir deux groupes de 7 étudiants déterminés à réaliser entièrement la plateforme du nano-satellite et sa charge utile. Profitant de l’expérience du Centre spatial étudiant et des conseils avisés du LATMOS et du CNES, les 2 équipes avancent pas à pas dans le projet.

Qu’est-ce qu’un cubesat ?

Un CubeSat est formé de cubes de 10 cm d’arête. Les spécifications techniques de ce format ont été développées conjointement par l’université technique de Californie et par l’université de Stanford, afin de rendre possible la construction de satellites par les universités. La masse de ce satellite n’excède pas 10kg. X-Cubesat II, composé de trois cubes de 10 cm, entre donc dans cette catégorie.

L’intérêt d’un cubesat est multiple. Tout d’abord, de par sa taille réduite et sa faible masse, les coûts de lancement et de production sont considérablement diminués et malgré sa faible taille, il peut remplacer des satellites beaucoup plus gros sur de nombreuses missions. Mais c’est surtout en constellation que les cubesats tirent leur épingle du jeu. Leur faible coût permet de les lancer en masse et donc obtenir une couverture importante de la surface terrestre. C’est ainsi que de nombreuses start-up se sont lancées dans leur fabrication afin de proposer différents services comme la surveillance du trafic maritime par exemple.

Objectifs scientifiques :

L’objectif scientifique est triple : Améliorer notre connaissance de la TSI (total solar irradiance) et étendre les mesures sur la durée. Établir un bilan radiatif de la Terre avec une précision supérieure à 5%. Comprendre les relations entre variations UV du soleil et l’ozone stratosphérique.

Les mesures de TSI effectuées au cours de différentes missions montre une période de 11 ans environ au cours de laquelle la TSI varie de 0,5% environ. C’est pour inscrire cette mesure de TSI dans la durée et en améliorer la précision qu’a été créé notre projet.

Cette représentation du bilan radiatif de la Terre montre les nombreuses interactions entre notre atmosphère et le rayonnement solaire. Les infrarouges ont tendance à chauffer la basse atmosphère et le sol tandis que les rayons UV, plus énergétiques s’arrêtent d’avantage dans la haute atmosphère (stratosphère et plus haut). Une partie de l’éclairement solaire total est réfléchie par le sol, l’atmosphère ou les les nuages.

Les UV sont particulièrement importants (d’où la présence d’un capteur UV sur notre nano-satellite) car leur variabilité est très importante au cours d’un cycle de 11ans (ils peuvent varier de 5 à 10%, beaucoup plus que les 0,5% de l’éclairement total). Ils ont également une action capitale sur la haute atmosphère en permettant la création d’ozone. La figure suivante nous montre l’intensité du rayonnement en fonction de la longueur d’onde (en bleu) et la variabilité en fonction de la longueur d’onde (en vert).

Cette figure nous montre les ondes (de longueurs d’onde élevées, infrarouges et plus) réfléchies vers l’espace. Les données ont été recueillies durant la mission PICARD. Cela souligne l’importance du capteur infrarouge de notre nano-satellite pour établir un bilan radiatif précis et par conséquent avoir une meilleure idée de l’influence sur notre climat de l’éclairement solaire total. Une meilleure compréhension de ces phénomènes est capitale pour développer de nouveaux modèles climatiques.

Avancement du projet :

Après 1 an de travail sur la phase 0 du projet, les deux nouvelles équipes se sont divisé les tâches. Un groupe s’occupe de la structure et de ses différents enjeux, à savoir l’ordinateur de bord, la carte bande S de communication, l’ADCS pour permettre de pointer le soleil avec une grande précision. La deuxième équipe est responsable de l’étude de la charge utile donc des différents capteur, capteur infrarouge, photomètre UV, le radiomètre solaire et la caméra. Pour atteindre ces objectifs, une étude précise avec des simulations numériques sont nécessaires. Voici un exemple de modélisation CATIA du radiomètre solaire :

Voici également la maquette provisoire du nano-satellite :

Pour mener à bien la mission, il faut également déterminer avec précision l’orbite et les différentes phases de pointage (pointage solaire ou pointage vers la station sol pour transmettre les données).

La continuité entre les différentes équipes qui se succèdent chaque année est assurée par M . Meftah, spécialiste du domaine spatial détaché par le LATMOS (Laboratoire atmosphères, milieux, observations spatiales). Il facilite la prise en main du projet et aide l’acquisition des compétences nécessaires au projet.

Bien sûr la recherche de financement n’est pas oubliée avec pour l’instant un financement du CNES estimé à 400 000€ (dans le cadre de la mission Janus).

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