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17 juin 2013 1 17 /06 /juin /2013 17:44

 

Séparation ATV-4 - Sterex - 3D - AnaglypheLa séparation de l'ATV Albert Einstein en 3D. Crédit image : ESA / DLR-BMWi 2013 

 

A vos lunettes !

Je vous ai parlé dans l’article sur la vidéo du lancement de l’ATV prise par une caméra fixée à la case à équipement de la fusée Ariane 5 VA213 : l’expérience Sterex avait également pour objectif de filmer la séparation en vision stéréo.

Cette vidéo produite par l'ESA et le DLR a été publiée aujourd’hui sur Youtube. La voici :

 

Vidéo anaglyphe de la séparation de l’ATV-4 après son lancement le 5 juin 2013.
Crédit image : ESA / DLR-BMWi 2013
 

 

Sauf si vous êtes équipe d'un écran 3D, pour percevoir le relief, vous devez utiliser les magnifiques lunettes avec des verres colorés rouge et cyan dont nous parlons régulièrement sur le blog Un autre regard sur la Terre. Si vous n'êtes pas familier avec ces vidéo 3D sur youtube, le bouton "3D" dans le menu youtube vout permet de choisir le mode de représentation du relief et la couleur des verres.

Quitte à ressortir vos lunettes des tiroirs profitez-en pour jeter un œil (ou plutôt les deux pour la vision en relief) sur la galerie des anaglyphes du satellite Pléiades et sur les articles correspondants pour en savoir plus sur la vision en relief et la représentation des images en 3D.

 

New York - Manhattan - Sud - Pléiades - 3D - CNESPléaides - Japon - Tokyo Sky Tree - anaglypheDeux exemples d’anaglyphe produits à partir de couples d’images stéréo acquises par les satellites
Pléiades. Cliquer sur les images pour accéder aux articles du blog Un autre regard sur la Terre.
Crédit image : CNES - Distribution Astrium Services / Spot Image.

 

Voir un télescope avec des lunettes

Si vous voulez vraiment voir de très belles images 3D dans l’espace, ne manquez pas l’Astralia et sa salle IMAX à la cité de l’espace à Toulouse : y passe actuellement le film Hubble 3D, avec des images de synthèse mais surtout des séquences extraordinaires filmées dans l'espace en mai 2009 à l’occasion de la mission STS-125, de la navette spatiale Atlantis et des interventions d’astronautes réparant le télescope Hubble. A mon avis, Hubble 3D un des meilleurs films IMAX sur le spatial. Je le recommande vivement !

Le dernier vol d’Atlantis, STS-135, en juillet 2011 a marqué la fin de l’aventure du Space Shuttle américain. La navette spatiale Atlantis sera désormais exposée dans un musée du Kennedy Space Center (Visitor Complex) en Floride. Le nouveau bâtiment ouvre au public dans quelques jours le 29 juin 2013.

 

Atlantis - Visitor complex - Kennedy Space CenterLe nouveau domicile de la navette spatiale Atlantis dans le Visitor Complex du Centre spatial Kennedy.
Crédit image : NASA

 

En savoir plus :

 

 

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15 juin 2013 6 15 /06 /juin /2013 14:25

Dernière ligne droite dans un univers courbe...

Samedi 15 juin. Juste avant 14h00 au CNES à Toulouse. La tension monte dans la salle du centre de contrôle de l'ATV. C'est presque l'heure. Les équipes surveillent de près l'ATV-4 qui s'approche de l'ISS.

 

ATV-4 - Docking - ATV-CC - CNESAu coeur des opérations de l'ATV : la salle de contrôle ATV-CC au CNES à Toulouse le 15 juin 2013
juste avant 14h00. Crédit image : Gédéon

 

     

Depuis le lancement par la fusée Ariance 5 VA213, les équipes du centre de contrôle ont réalisé toutes les manoeuvres destinées à rapprocher progressivement l'orbite de l'ATV-4 et celle de l'ISS :

 

ATV---Rendez-vous-ISS-and-docking-profile.png

Les différentes étapes avant l'amarrage proprement dit, avec je jargon des opérations : 
Way Points, Hold Point, Drifting, Phasing, etc. Crédit image : ESA

  

Voilà quelques images des dernières centaines de mètres à parcourir avant l'amarrage à la station spatiale internationale.

On commence pratiquement au point S2... Juste à côté de la croix au centre : un petit point blanc apparaît. C'est l'ATV-4 Albert Einstein qui devient visible sur la caméra du module Zvezda. Il est encore à environ 3,5 kilomètres derrière l'ISS.

 

Docking ATV-4 - Approche ISS - 3450m

ATV-4---Docking---Un-point-blanc-s-approche.jpg

Un petit point blanc qui s'approche de l'ISS : c'est un cargo automatique de près de 20 tonnes.
Depuis Fermat, on vérifie qu'Einstein suit les lois de Kepler.

 

Une image très intéressante qui montre le système de propulsion de l'ATV-4 en action. On voit très bien les jets de gaz qui contrôle l'orientation et la trajectoire de l'ATV-4.

 

ATV-4 - Propuslsion - Contrôle trajectoire - Caméra NASA

 

Arrivée en S4 et nouvelle pause, à 19 mètres derrière l'ISS. Très gros plan sur le mécanisme d'amarrage de l'ATV et l'extrémité de deux des quatre panneaux solaires. L'ATV-4 est encore éclairé par le soleil.

 

ATV-4 - Docking - Arrivée S4 - 19 mètres

 

On rentre bientôt dans la dernière étape : tout près du module Zvezda, le centre de contrôle ne pourra plus envoyer de commandes et intervenir sur l'ATV. C'est l'équipage de l'ISS qui prendra la main, au sens propre pour appuyer, en cas d'urgence, sur le bouton déclenchant la procédure d'escape

 

ATV-4---Docking---Depart-S41---9-metres.jpg

Derniers mètres dans l'obscurité. Les lumières de l'ATV-4 matérialisent la silhouette
du cargo automatique

 

ATV-4---Docking---Depart-S41---4-metres.jpg

 

La position du soleil donne des images de l'ATV-4 moins spectaculaires que pour les trois ATV précédents. C'est probablement le petit retard pris en position S3 qui a décalé l'heure du rendez-vous, en l'amenant dans une position en éclipse. Ce délai a été utilisé pour vérifier l'état de la cible.

 

"Une capture très précise", confirmée par Jean-Jacques Dordain, le directeur de l'ESA : "sans contact avec la station".

 

ATV-4 - Docking - Capture - Albert Einstein
C'est fait : Capture! L'ATV-4 s'est amarré à l'ISS, avec une précision redoutable

 

 


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15 juin 2013 6 15 /06 /juin /2013 11:39

ATV - ISS - Laser - docking

Vue d'artiste de l'ATV à l'approche de l'ISS avec le guidage par laser. Crédit image CNES.

 

Début de la vidéo-transmission

Au point S3... 250 mètres en derrière la station, un peu plus bas… Leurs chemins vont bientôt se rencontrer : samedi 15 juin, c’est le grand rendez-vous entre le véhicule de transfert automatique ATV-4 (Albert Einstein) et la Station Spatiale Internationale (ISS). 10 jours après son lancement par la fusée Ariane 5, l’amarrage de l’ATV est prévu à 13h46 UTC.

 

Speed dating : rendez-vous galant en orbite à près de 28000 km/h*.

Le cargo européen doit effectuer son docking au niveau du port d’amarrage du module russe Zvezda, libéré le 11 juin par un vaisseau Progress P51. L’ATV amène environ 6,6 tonnes de fret. La presse a beaucoup parlé de la nourriture et des menus avec, astronaute italien oblige, des lasagnes et du parmesan. C’est important pour le moral de l’équipage à bord de l’ISS : le groupe Zebda aurait pu être inspiré par l’ambiance à bord quand il a écrit la chanson « le bruit et l’odeur »… Comme sur un sous-marin, une nourriture de qualité est indispensable. Il y a également beaucoup d’autres choses (eau, oxygène, etc.) et surtout du carburant. L’ATV ravitaille l’ISS mais son propre système de propulsion va également servir à rehausser l’orbite de la station spatiale. Ce sont les manœuvres appelées « re-boost ». Nous aurons l’occasion dans reparler…

Pour l’instant, après les manœuvres préliminaires et la valse (ou plutôt l'ambiance de boîte avec ses lasers) entre les deux amoureux de l’espace, les choses sérieuses approchent.

 

*Ne cherchez pas trop de contrepèterie dans ce titre.

 

ATV--4---Charges-utile---Lasagnes.jpg  Les fameux lasagnes embarqués dans l'ATV-4. Est-ce que l'habitude de manipuler du MLI
(multi-layer insulator) a inspiré le choix des repas ? Un avis personnel : le restaurant de l'ESRIN
est effectivement meilleur que celui de l'ESTEC. Je ne connais pas encore celui de l'ESOC.
Crédit image : ESA (Agence Spatiale Européenne)

 

Passage à l’acte : Probe and drogue

Une des originalités de l’ATV, un de vaisseaux spatiaux les plus complexes construit par

Astrium pour le compte de l’Agence Spatiale Européenne : l’amarrage est effectué de manière automatique... Ou presque. Disons "procédure automatique très surveillée". Normal, quand la sécurité d'un équipage d'astronautes est en jeu.

A bord de l’ISS, l’opération est supervisée par l’astronaute européen Luca Parmitano, l'Européen d'Italie. C’est lui qui peut appuyer sur le bouton rouge au cas où une anomalie se produise dans la dernière ligne droite. Au sol, plusieurs équipes françaises, russes et américaines participent aux opérations. Un travail d'équipe impressionnant.

En France, le centre névralgique est à Toulouse, au CNES, dans le bâtiment du Centre Spatial de Toulouse. C’est là qu’est installé l’ATV-CC, le Centre de contrôle de l’ATV : depuis 10 jours, les équipes, en relation avec leurs collègues américains et russes n’ont pas chômé : après la phase LEOP (Launch and Early Orbit Phase) qui a suivi le lancement proprement dit, plusieurs manœuvres ont été effectuées pour rapprocher progressivement les orbites de l’ATV-4 et de l’ISS. 

A partir de son orbite d’injection à 260 km d’altitude, Albert Einstein s’est lentement rapproché de l’altitude de la station spatiale à 410 km. Pour cela, plusieurs manœuvres dites TPO (transfer to phasing orbit) ont été effectuées : elles consistent à donner des impulsions bien calibrées (poussée et durée) du système de propulsion de l’ATV. Dans le jargon des ingénieurs, on parle de « delta V », des variations de vitesse : conformément aux lois de Kepler, sur une orbite donnée, il y a une relation directe entre altitude et vitesse.

Par exemple, lundi 10 juin, deux manœuvres ont été effectuées:

  • TP1 : impulsion démarrée à 14:02:01 UTC pendant 221 secondes. Le delta V obtenu est de 11,23 m/s.
  • TP2 : impulsion démarrée à 14:36:58 UTC pendant 218 secondes. Le delta V obtenu est de 11,14 m/s.

Après les deux manœuvres TP1 et TP2, l’orbite de l’ATV était à une altitude de 295 km.

Vendredi 14 juin, on passait aux manœuvres TIV (transfer to ISS Vicinity). Elles se sont poursuivies ce matin.

Un système complexe de télécommunications, s’appuyant sur les satellites relais américains TDRS (le satellite européen Artemis est en backup) et des liaisons directes entre l’ATV et des stations sol, permettent d’assurer un contact permanent pendant ces opérations.

 

ATV - Albert Einstein - Liaisons radio - TDRS - Artemis - EJuste après la mise en orbite de l’ATV-4 : à Kourou, Jean-Yves Le Gall félicite toutes les équipes (Arianespace, CNES, ESA, Astrium). Au même moment, à l’ATV-CC, on surveille le réveil d’Albert Einstein
en jonglant avec les systèmes de communication. Crédit image : Gédéon.

 

Rock around the clock

Le rendez-vous est bien effectué à environ 28000 km/h mais juste avant le contact « probe and drogue », les deux vaisseaux spatiaux (qui tournent dans le même sens !) seront à la même altitude et presqu’exactement à la même vitesse. Une sorte de course de relais où les sportifs courraient en permanence et continueraient à se tenir par la main après le passage de témoin. 

 

Le tuyau et le panier

D’autres articles du blog Un autre regard sur la Terre vous donneront tous les détails sur l’astucieux système d’amarrage, les équipements utilisés pour guider l’approche de l’ATV et les manœuvre successives avec les différents étapes.

Si vous suivez cet amarrage sur le web, vous verrez certainement des images ressemblant à l’illustration en bas à droite. Les ombres portées donnent une idée de l’orientation par rapport au soleil.

Trois informations importantes à surveiller sur l’écran :

  • En haut à droite, l’heure en temps universel.
  • En bas à gauche, le deuxième chiffre en partant du bas (35,9). Il s’agit d’une mesure radar de la distance entre l’ATV et l’ISS. Ici, 35,9 mètres.
  • En bas à gauche, « NO_FAILURE » : Jusqu’ici tout va bien !
  • Les chiffres en bas en droite sont des mesures provenant de l'ISS. Elles peuvent légèrement différer.

 

Docking ATV - ISS - Caméra - Temps distance vitesseExemple d’image provenant de la caméra russe de l’ISS juste avant l’amarrage de l’ATV-3, en 2012  

 

Passe ton bac d’abord…

Quelques jours avant le baccalauréat, pourquoi ne pas faire les dernières révisions avec un professeur de course : Albert Einstein, lui-même !

Si vous êtes lycéen ou enseignant, s’intéresser aux manœuvres orbitales juste avant l’amarrage à l’ISS est une manière originale et attractive de revoir des notions de maths et de physique jugées souvent un peu rébarbatives : poussée, vitesse, accélération, orbites et lois de Kepler, quantité de mouvement, vitesse, etc.

Toutes ces notions sont au cœur des opérations en cours au-dessus de nos têtes.

Regarder les vidéo ou les photos de l’amarrage, lire les articles du CNES, de l’ESA ou du blog Un autre regard sur la Terre permet peut-être de les maîtriser un peu plus, parfois avec des faits pas toujours intuitifs : freiner pour accélérer et vice-versa, des forces et des poussées pas toujours dans le sens attendu (par exemple, dans quelle direction pousser pour monter ?)

Accessoirement, cela permet de faire un peu de langues vivantes, en lisant les pages en anglais du blog ATV de l’Agence Spatiale Européenne : les textes sont très bien faits et très pédagogiques. Bravo à Daniel et aux rédacteurs de l'ESA !

Un grand bravo surtout au CNES, avec les équipes de l'ATV, du CST et de la direction de la communication, qui a pris l'initiative d'inviter des blogueurs à Toulouse pour faire partager cet événement. Accueil formidable avec des échanges très riches avec les experts.

 

Ne traînez pas : une bonne atmosphère pour la drag.

En espérant ne pas avoir dévoilé des sujets du bac 2013 dans les derniers articles publiés, je souhaite que la lecture de ce blog vous aide dans tous les examens et épreuves à venir… J’espère aussi que les articles de ce blog donnent des idées aux enseignants pour illustrer leurs cours et donner envie à leurs élèves de s’intéresser aux sciences et techniques.

On révise en s’amarrant : que demander de plus ?

 

En savoir plus:

 

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7 juin 2013 5 07 /06 /juin /2013 14:03

 VA213 - Ariane 5 - ATV-4 - lancement et séparation

Deux extraits de la vidéo de la mission Ariane 5 VA213 provenant de la caméra 3D Sterex.
Le décollage de la fusée et la séparation de l’ATV-3. Crédit image: © ESA /DLR-BMWi 2013

 

Dans l’article sur le lancement réussi de l’ATV-4, j’évoquais l’expérience Sterex destinée à filmer en 3D, la mission du lanceur Ariane 5 jusqu’à la séparation de l’ATV Albert Einstein. Je n’ai pas encore vu de séquence vidéo 3D mais l’ESA (Agence Spatiale Européenne) et le DLR (Deutsches Zentrum für Luft- and Raumfahrt, l’agence spatiale allemande) viennent de publier des extraits de vidéo très spectaculaires illustrant les principales phases de vol depuis le décollage de Kourou jusqu’à la séparation de l’ATV-4.

 

La vidéo du lancement VA213 et de la satellisation de l’ATV-4 Albert Einstein publiée sur Youtube.
Crédit image: © ESA /DLR-BMWi 2013

 

La vidéo vue d’en haut

Je vous recommande vivement de regarder l’intégralité de cette vidéo, avec quelques arrêts sur image... Il y a déjà eu plusieurs vidéos prises par des caméras embarquées sur le lanceur Ariane 5, comme par exemple celle du vol Ariane 503 qui a fait l’objet d’un quiz étonnant sur le blog Un autre regard sur la Terre.

Les images du lancement de l’ATV Albert Einstein sont d’une qualité exceptionnelle et je crois que c’est la première fois qu’on voit la séparation d’un véhicule de transfert ATV.

Les caméras Sterex (pour Stereo Experiment) sont fixées au niveau de la case à équipement, là où se situe le cerveau du lanceur, avec ses deux calculateurs de bord OBC (un nominal et un de secours) et le système de contrôle d’attitude, directement au-dessus de l’étage principal cryotechnique (EPC) et entourant le moteur Aestus de l’étage supérieur (EPS).

Ce système a été développé par le société allemande Kayser-Threde et intégré sur le lanceur Ariane par Astrium pour le compte d el’ESA et DLR, avec l’aide du CNES et d’Arianespace.

 Voici quelques images que j’ai extraites de cette vidéo commentées qui illustrent les principales étapes de la mission...

 

21:52:13. Jour J, Heure H, pile à l’heure

Pas de report de possible pour un lancement avec un rendez-vous en orbite : si la séquence synchronisée démarrée à H-7 mm avait été interrompue pour une raison quelconque, le lancement aurait été reporté de 24 heures, moins 26 minutes pour tenir compte du déplacement de l’orbite de la station spatiale.

Aucun problème le 5 juin 2013 à 21:52:13 pour la mission VA213. Trois treize ? Tous les voyants sont restés au vert et Ariane 5 a décollé exactement à l’heure prévue. On n’est pas trop superstitieux dans le spatial, malgré l’expérience de Lowell sur Apollo 13…

 

VA213 - Ariane 5 - ATV- 4 - Décollage - Lancement 5 juin 2013, à 21h52 UTC : décollage du lanceur Ariane VA213 avec l’ATV-4 Albert Einstein.
Extrait de la vidéo provenant de l’expérience Sterex. Crédit image: © ESA /DLR-BMWi 2013

 

Pour fixer les idées, la vitesse du son est dépassée au bout de 48 secondes.

 

De la poudre aux cieux...

A bout de 2 minutes et vingt-deux secondes, la séparation des deux étages d’accélération à poudre (EAP) est un moment-clé. Météo favorable : la vidéotransmission a permis de voir des images de cette séquence du vol malgré les nuages annoncés.

 

VA213 - Ariane 5 - ATV-4 - Séparation des EAP - boosters

A H + 2:22, la séparation des deux étages EAP. Extrait de la vidéo provenant de l’expérience Sterex.
Crédit image: © ESA /DLR-BMWi 2013

 

Alors que la fusée Ariane 5 avait une masse d’environ 780 tonnes au décollage, le lanceur ne pèse plus que 200 tonnes à ce moment : Les deux EAP fournissent l’essentiel de la poussée (90%) pendant les premières minutes de vol : 14160 kN de poussée maximale et 11120 kN de poussée moyenne. Par comparaison, le moteur Vulcain 2 de l’étage principal cryotechnique (EPC) ne fournit « que » 1350 kN de poussée (dans le vide).

A ce moment, la vitesse relative de la fusée est de 2000 m/s soit 7200 km/h.

 

A 8000 km/h et à 106 km d’altitude : beaucoup moins d’atmosphère mais ça décoiffe

L’éjection de la coiffe est également une étape importante, environ 3 minutes et 30 secondes après le décollage. Avec ses 17 mètres de longueur et sa masse de 2,5 tonnes, elle protège les satellites ou la charge utiles pendant les premières minutes de vol. Mais dès que la densité de l’air est suffisamment basse, elle devient inutile : on s’en débarrasse pour alléger le lanceur et accélérer davantage.

 

VA213 - Ariane 5 - ATV-4 - Ejection coiffe - Fairing

A H + 3:33, éjection de la coiffe. Extrait de la vidéo provenant de l’expérience Sterex.
Crédit image: © ESA /DLR-BMWi 2013

 

8 fusées d’éloignement servent à éloigner suffisamment les deux demi-coiffes, composées chacune de 10 panneaux d’aluminium en nid d’abeille, pour éviter tout risque de collision avec le lanceur. Une nouveauté sur ce vol VA213 : le système pyrotechnique de séparation horizontale HSS-3+ destiné à réduire le niveau de chocs au moment de la séparation tout en limitant la masse des amortisseurs de chocs. HSS-3+ utilise deux bagues disposées symétriquement pour annuler l’onde de choc.

 

A H + 8:52, extinction puis séparation de l’étage principal EPC

On continue ensuite à se débarrasser de toutes les masses inutiles. Construire des fusées à plusieurs étages est une application pratique directe de l’équation de Tsiolkovski (1857 – 1935), une des équations fondamentales de l'astronautique. Elle décrit comment la vitesse d’une d’une fusée ou d’un satellite varie au cours d'une phase de propulsion en fonction du rapport entre sa masse initiale (mi) à sa masse finale (mf) :

V =ve ln (mi/mf)
avec V variation de vitesse entre le début et la fin de la phase de propulsion
et ve vitesse d’éjection des gaz

 

C’est une conséquence direction de la conservation de la quantité de mouvement. On reviendra sur cette formule dans un prochain article du blog Un autre regard sur la Terre : elle sert à toutes les manœuvres orbitales et en particulier aux transferts de Hohmann, très utilisés pour les rendez-vous entre les véhicules automatiques ATV et l’ISS.

Ici, le logarithme ne perd rien pour attendre : des 780 tonnes au décollage, il ne reste plus que 31 tonnes au total au moment de la séparation de l’EPC.

VA213 - Ariane 5 - ATV- 4 - Séparation EPC - Vue 1

VA213 - Ariane 5 - ATV- 4 - Séparation EPC - Vue 2

A H + 8:58, séparation de l’étage principal cryotechnique. Deux extraits de la vidéo provenant
de l’expérience Sterex. Crédit image: © ESA /DLR-BMWi 2013

 

Sous la jupe d'Ariane

Les deux images ci-dessus offrent une bonne vue sur la partie supérieure de l'étage cryotechnique principal, avec la jupe avant, une pièce très importante qui assure la reprise des efforts des EAP : c'est au niveau de cette jupe que la force de poussée des deux moteurs latéraux à poudre est transmise à la fusée Ariane. On voit également très bien le fond supérieur du réservoir d'oxygène avec sa ligne d'alimentation (le "tuyau" pour les non-initiés) qui amène l'oxygène liquide au moteur Vulcain situé à la base de l'EPC.


H+63 :53, Ariane quitte Albert : la séparation mais le couple continue

La fusée a quitté Kourou depuis un peu plus d’une heure. Jusqu’à H + 17:16, une première phase de propulsion du moteur AESTUS a permis d’augmenter l’altitude du périgée de l’orbite (140 km) et de réduire le freinage atmosphérique résiduel. L’apogée est alors à 260 kilomètres d’altitude.

 

Un barbecue qui tourne mal

Pendant cette phase, un couple est appliqué pour assurer une rotation lente d’environ 2° par seconde autour de l’axe longitudinal du composite supérieur. Pourquoi ? Eviter que le même côté de l’ATV ne soit exposé au rayonnement solaire.

C’est un peu un « barbecue à l’envers » : on tourne la broche pour refroidir…

Après 42 minutes de vol balistique (le champagne tiédit un peu), un deuxième allumage de courte durée est effectué : seulement 28 secondes de propulsion pour circulariser l’orbite. Au cas où il y ait une défaillance, une procédure de secours prévoit que le système de propulsion de l’ATV puisse assurer cette dernière manœuvre.

Une fois encore tout a été nominal. La précision d’injection en orbite d’Ariane 5 est remarquable :

  • Apogée réelle : 259,5 km (pour un objectif de 260.0 km).
  • Inclinaison: 51.59° (pour un objectif de 51.61°). C’est l’inclinaison de l’orbite de l’ISS.

 VA213 - Ariane 5 - ATV-4 - Séparation ATV- Albert Einstein

A H + 1 :33:53, séparation de l’ATV. Extrait de la vidéo provenant de l’expérience Sterex.
Crédit image: © ESA /DLR-BMWi 2013

 

Moteurs : on tourne !

La photo extraite de la vidéo permet de voir trois des quatre moteurs principaux du système de propulsion de l’ATV (appelé PRSS pour Propulsion and Reboost Sub-System). Ils sont fabriqués par le société américaine Aerojet. Chaque moteur délivre une poussée de 490 N. 28 autres propulseurs servent au contrôle d’attitude et délivre une poussée de 220 N. ils ont été fournis par SAFRAN (pour les deux premiers ATV) puis par Astrium GmbH (à partir de l’ATV-3).

Ils utilisent tous un mélange d’ergols MMH (Monométhylhydrazine ou CH3NHNH2 pour les intimes) et MON3 (un mélange d’oxydes d’azote). La vitesse d’éjection de la vide est de 2350 m/s

A titre de comparaison, les 4 moteurs du satellite Pléiades, utilisés pour les corrections d’altitude, ont une poussée nominale de 1N.

 

Les infidélités d’Albert : s’envoyer en l’air avec Ariane avant de rejoindre Zvezda

C’est le moment des adieux… La séparation est déclenchée par une ceinture pyrotechnique. Albert Einstein va poursuivre sa mission de manière autonome. Il ne restera pas seul très longtemps : après avoir quitté Ariane, le 15 juin, il a un nouveau rendez-vous galant avec la russe Zvezda.

Ce ne sera pas très discret : plusieurs centaines de personnes, et en particulier les équipes du centre de contrôle de l’ATV au CNES Toulouse, vont participer directement à ce rendez-vous amoureux. Mon seul regret : qu’il n’y ait pas de caméra couleur à l’avant de l’ATV…

Aux premières loges, les membres de l’équipage de l’expédition 36 de la station spatiale internationale. C’est Luca Parmitano, l’astronaute européen de nationalité européenne qui tiendra la chandelle, ou plus exactement supervisera l’amarrage à partir du panneau de contrôle installé dans le module Zvezda.

 

Le 15 juin, on va s’amarrer…

En attendant, jetez un œil aux magnifiques photographies prises par l’astronaute américain Don Petit pendant l’amarrage de ATV-3 Edoardo Amaldi.

Le moteur de l’étage EPS sera allumé une troisième fois, cette fois-ci pour freiner l’étage supérieur et préparer une rentrée contrôlée dans le sud de l’Océan Pacifique, où elle va noyer son chagrin.

La version ES de la fusée Ariane 5 à quatre succès à son actif, les quatre ATV mis en orbite depuis 2008 : Jules Verne (VA181), Johannes Kepler (VA200), Edoardo Amaldi (VA205) et Albert Einstein (VA213).

 

En savoir plus :

 

 

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5 juin 2013 3 05 /06 /juin /2013 15:39

Jour J pour Albert et 55ème succès d'affilée pour Ariane 5 !

5 juin 2013. 21:52:11 UTC, soit 18:52:11 à Kourou et 23:52:11 à Paris et Toulouse : c’est à cette heure précise que le vol VA213, la 69ème fusée Ariane 5, dans sa version ES, a décollé du pas de tir ELA-3 du Centre Spatial Guyanais avec une charge utile record. 

1h30 plus tard, les équipes de l'ATV-CC, le centre de contrôle de l'ATV au CNES à Toulouse, confirmaient le bon déploiement des panneaux solaires et le rechargement des batteries. L'ATv-4 commence sa mission autonome...

 

Succes---Ariane-5---VA213---ATV-4---Albert-Einstein---ESA.jpgMagnifique photographie du lancement de la fusée Ariane 5 emportant le cargo ATV-4 Albert Einstein.
Crédit Image : ESA – S. Corvaja, 2013 

 

ATV-4 - Albert Einstein - Ariane 5 - Transfert VA 213 - Ari

Une des dernières étapes avant le lancement : le transfert du lanceur vers la zone de lancement
ELA-3 et l’arrivée près de la tour ombilicale. Notez la taille du déflecteur de flammes visible sur
la photo. Crédit image : Arianespace.

 

Avant-dernier de la classe

La 213ème fusée Ariane a mis en orbite le cargo européen ATV-4. Albert Einstein n’était pas premier de la classe : son nom a été choisi pour baptiser l’avant-dernier véhicule de transfert automatique vers la station spatiale internationale, après Jules Verne, Johannes Kepler et Edoardo Amaldi et avant Georges Lemaître.

 

De l’espace pour les cargos…

Cette semaine, c’est l’actualité des cargos géants. Mardi 4 juin, à l’occasion de sa visite du MuCEM, le Musée des civilisations de l'Europe et de la Méditerranée, François hollande a également inauguré à Marseille le porte-conteneurs géant Jules Verne (encore lui !) de la CMA CGM : avec 396 mètres de longueur et 54 mètres de largeur, c’est un des trois plus gros porte-conteneurs du monde, avec une capacité de plus de 16000 conteneurs.

 

ATV-4 - Coiffe Ariane 5 - Logos - Einstein - CVA

Les logos : anecdotique ? En tout cas, le signe qu’on s’approche du lancement. L’occasion
également de saluer la Communauté des Villes Ariane dont font partie Bordeaux, Toulouse,
Les Mureaux, Evry, Kourou, Mulhouse, Brème, Barcelone, etc.
Crédit image : ESA – CNES – Arianespace – Optique vidéo du CSG – JM Guillon

 

En orbite, l’ATV ne fait pas le poids... Mais c'est du lourd !

Dans l’absolu, le quatrième ATV (Automatic Transfer Vehicle) a des dimensions beaucoup plus modestes : de forme cylindrique, il mesure 9,80 mètres de long (sonde d’amarrage en position rétractée) et 4,48 mètres de diamètre, avec 22,28 mètres d’envergure quand ses panneaux solaires (4800 W de puissance électrique) sont déployés. Combien peut-on en loger dans le porte-conteneurs Jules Verne ?

Tout est relatif, comme dirait Einstein… Einstein oblige, on va parler un peu de la masse de l’ATV et de l’énergie nécessaire pour le mettre en orbite.

L’ATV-4 est la charge utile la plus lourde jamais lancée par la fusée Ariane 5 : 19 887 kg. L’ATV-4 bat de plus de 500 kg le précédent record de masse de charge utile au lancement établi en 2012 par Ariane 5 avec son prédécesseur, l’ATV-3 Edoardo Amaldi.

L’ATV-4 emporte également la cargaison la plus variée jamais expédiée vers l’ISS, avec environ 1400 références différentes (vivres, pièces de rechange, fournitures, vêtements pour l’équipage, matériel, etc.).

 

ATV-4 - Boite à outils - Columbus - ISS - Imprimante 3D

Un exemple de matériel emporté dans les soutes de l’ATV : une boîte à outils fabriquée à
l’imprimante 3D. Einstein passe de la théorie à la pratique. Crédit image : ESA

 

Selon le dossier d’information d’Arianespace, la performance demandée au lanceur pour ce vol est de 20 252 kg dont 19 887 kg représentent la masse du véhicule de transfert automatique à séparer sur l’orbite visée, à 260 km d’altitude. Le reste correspond à l’adaptateur qui assure l’interface avec le lanceur.

La cargaison totale emportée par l’ATV-4 est d’environ 6583 kg, répartis en 4104 kg de cargaison liquide (principalement l’aide à la propulsion et les ergols de ravitaillement de l’ISS) et 2479 de cargaison sèche (dont une petite moitié de fret de dernière minute). Le détail est donné sur la figure suivante extraite de la plaquette d’information du CNES. J’ai noté quelques divergences de chiffres selon les sources utilisées mais les ordres de grandeur sont bons. Je vais essayer de trouver un bilan de masse détaillé...

     ATV-4 - Albert Einstein - Fret emmené vers l'ISS - CNES

La composition de la cargaison de l’ATV-4 – Extrait de la plaquette d’information du CNES.
Crédit CNES.
 

 

L’aide à la propulsion (2580 kg) concerne les manœuvres effectuées par l’ATV une fois amarré à l'ISS :

  • Le contrôle d’attitude de la station spatiale internationale.
  • Le maintien de la station en orbite et le rehaussement d’altitude.
  • Les éventuelles manœuvres d’évitement de débris, un problème qui commence à prendre de l’ampleur.

La partie pour le ravitaillement de l’ISS (860 kg) lui permet de d’effectuer ses propres manœuvres de contrôle d’attitude et de rehaussement en l’absence de véhicule amarré. Ce carburant est transféré dans les réservoirs du module russe Zarya.

Pour sa propre propulsion, l’ATV-4 emporte 2235 kg d’ergols et sa masse sèche, la masse à vide, est de 10470 kg répartis entre le module de service (kg) et le module cargo (kg).

 

L’ATV-4 est donc le plus gros vaisseau spatial jamais envoyé dans l’espace par l’Agence Spatiale Européenne. L’Agence Spatiale Européenne met également en avant d’autres records de l’ATV :

  • L’ATV peut transporter trois fois plus de charge utile que le vaisseau russe Progress-M et légèrement plus que le HTV japonais.
  • L’ATV possède la plus grosse capacité de rehaussement de tous les véhicules ralliant l’ISS.
  • L’ATV peut s’amarrer automatiquement a la Station spatiale avec une précision de quelques centimètres.

Quand on s’appelle Einstein, il faut avoir un cerveau qui tienne la route : l’ATV embarque le logiciel de vol le plus sophistique jamais développé par l’ESA : avec sa taille exceptionnelle, l’ATV est un des véhicules les plus complexes développés par l’ESA, capable d’effectuer un rendez-vous automatique avec l’ISS, avec les contraintes de sécurité drastiques des vols habités.

 

ATV - Comparaison Progress Apollo -ESA Comparaison entre les tailles respectives de l’ATV, du vaisseau Progress-M et de module Apollo.
Crédit image : ESA
 

 

Quant à elle, La fusée Ariane 5 ES a une hauteur totale de 50,50 mètres, un diamètre de 5,40 mètres. Sa masse au décollage est de 760 tonnes. L’orbite atteinte lors de ce lancement est une orbite circulaire à 260 kilomètres d’altitude. Sur cette orbite, l’ATV se déplace à une vitesse de 7600 m/s.

A cette vitesse, le dossier d’information de l’ESA indique que le tic-tac des horloges de l’ISS est 0,0000000014 % plus lent que ceux d’une horloge restée sur terre, à cause des effets relativistes prédits par Albert Einstein. Je n’ai pas encore vérifié cette valeur mais, d’ici le 15 juin, surveillez-bien vos montres pour ne pas rater le docking de l’ATV-4.

 

La chronologie de lancement du vol Ariane VA213 emportant l’ATV-4

Si vous n’avez pas eu la chance d’être sur place en Guyane ou au centre de contrôle de l’ATV au CNES Toulouse, vous pouvez revivre le lancement sur le site du CNES ou sur celui d’Arianespace. Le tableau suivant donne la chronologie détaillée.

 

VA213 - Lancement ATV-4 - Albert Einstein - Chronologie - E

Chronologie de lancement de l’ATV-4. Crédit image ESA /ESOC

 

La séquence synchronisée démarrait à H0 - 7 mn. Dans cette dernière ligne droite sont effectuées les dernières mises en œuvre du lanceur et les contrôles suivant le passage en configuration de vol. Elle est entièrement automatique et conduite en parallèle jusqu’à H0 - 4 s. par deux calculateurs redondés situés dans le Centre de Lancement de l’ELA 3. Les calculateurs effectuent les dernières mises en œuvre électriques (démarrage du programme de vol, des servomoteurs, commutation alimentation sol/batteries de vol, etc.) et les vérifications associées.

A partir de H0 - 4 s. le calculateur de bord prend le relais pour le démarrage des moteurs et du décollage :

  • Lancement de la séquence d’allumage du moteur Vulcain du 1er étage à H0.
  • Contrôle des paramètres du moteur (entre H0 + 4,5 s et H0 + 7,3 s).
  • Autorisation d’allumage des Étages d’Accélération à Poudre entraînant le décollage immédiat à H0 + 7,3 s.

Tout arrêt de séquence synchronisée après H0 - 7 mn ramène automatiquement le lanceur dans la configuration H0 - 7 mn.

Important : pour le lancement de l’ATV, comme pour les satellites d’observations, toute interruption de la séquence synchronisée entraînait un report du lancement au jour suivant. Le 5 juin, le champagne a bien été débouché !

 

A la TV, L’ATV en 3D

Une dernière nouveauté pour ce vol... Les lecteurs du blog Un autre regard sur la Terre fanas d’images en relief ne vont pas être déçus : pour la première fois dans l’histoire des lancements européens, une vidéo en 3 dimensions a été réalisée pendant le vol de la fusée Ariane 5.

Une paire de caméras (configuration stéréo) était montée sous la coiffe pour filmer l’une des phases les plus délicates de la mission de l’ATV Albert Einstein : la séparation du vaisseau et de la fusée Ariane. On attend les images avec impatience. 

 

Prochains rendez-vous

Albert Einstein va désormais entamer sa vie autonome en orbite. Avant son rendez-vous avec l'ISS, ce sont les opérations LEOP (Launch and Early Orbit Phase) sous l'oeil attentif des équipes du centre de contrôle ATV-CC au CNES Toulouse. Dans les minutes qui ont suivi la séparation du dernier étage du lanceur (en réalité juste avant la séparation), les premières télémesures étaient reçues et analysées avec la suite des bonnes nouvelles et le premier bilan de santé : panneaux solaires correctement déployés, batteries en charge, paramètres normaux... "Nominal" comme disait Marc Pircher, le directeur du CST.

 

CNES - ATV-CC - ATV-4 - Albert einstein - LEOP - 06-06-2013

Le lancement réussi et la mise en orbite de l'ATV-4 Albert Einstein depuis le centre de contrôle
ATV-CC au Centre Spatial du CNES à Toulouse. Crédit image : Gédéon

L’ATV-4 devrait s’arrimer à l’ISS dans l'après-midi du 15 juin. On y reviendra sur le blog Un autre regard sur la Terre.  

L’ATV-5 « George Lemaître », dont le lancement est prévu mi-2014, fait actuellement l’objet de tests de recette systèmes sur le site d’Astrium à Brême en Allemagne.

Entretemps, il y a d’autres rendez-vous en Guyane, avec dès le 24 juin un lancement d’une fusée Soyouz emportant les étonnants satellites O3B puis, fin juillet, une nouvelle Ariane 5 avec le satellite géant Alphasat.

 

En savoir plus :

 

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19 décembre 2012 3 19 /12 /décembre /2012 23:33

Comme à la parade...

Une fois de plus, mission accomplie à Kourou, ponctuellement. Pratiquement à la date anniversaire du premier lancement de la fusée Ariane le 24 décembre 1979.

Les équipes d’Arianespace viennent ainsi de conclure l’année 2012 avec un nouveau succès de la fusée Ariane 5. C’était le 67ème vol du lanceur lourd européen et le 53ème succès consécutif. L’image suivante montre le décollage du vol VA211, emportant ses deux passagers, les satellites de télécommunication Skynet 5D et Mexsat Bicentenario. La séparation des deux satellites, respectivement 27 minutes et 36 minutes après la mise à feu a confirmé le succès de la mission.

 

Ariane-5---VA211---Decollage---19-decembre-2012---Guyane.jpg

Vol-Ariane---VA211---Separation-des-EAP---19-decembre-201.jpgDécollage de la fusée Ariane 5 VA211 depuis le pas de tir ELA3 du Centre Spatial Guyanais,
le 19 décembre 2012 à 21h49 UTC (22h49 à Paris et 18h49 à Kourou). En bas, après 2 minutes et
30 secondes, séparation des deux étages d'accélération à poudre (extrait de la vidéotransmission).
Crédit image :
ESA / CNES / Arianespace, optique vidéo du CSG.

 

L’année 2012 est donc un très bon cru pour Arianespace et le Centre Spatial Guyanais avec un total de 10 fusées lancées depuis la Guyane française, un nombre record depuis 10 ans et la fin de l’exploitation de la fusée Ariane 4. Les équipes de lancement ont opéré cette année 3 systèmes de lancement différents : Ariane, Soyouz et Vega.

Ce nouveau succès est l’occasion de revenir sur la famille Ariane et l’évolution du rythme des lancements au CSG, depuis le premier décollage d’une fusée Ariane le 24 décembre 1979.

 

Retour sur l’aventure d’Ariane en Guyane…

C’est une aventure qui dure depuis 34 ans. Pour ne pas perdre le fil d’Ariane, je me suis amusé à construire un graphique récapitulant tous les lancements effectués en Guyane depuis décembre 1979. Pour établir cette synthèse, j’ai utilisé l’historique des vols publié par Arianespace, la page sur le lancement d’Ariane du site Gunter et différents documents sur les fusées Ariane. Notez que j’inclue les 4 premiers vols Soyouz ainsi que le premier vol de qualification du lanceur Vega effectués depuis le CSG.

Sur la courbe, je me contente de faire apparaître les grandes composantes de la famille Ariane : Ariane 1 à 3, Ariane 4 et Ariane 5. J’ai ajouté pour 2011 et 2012 les lancements de Soyouz (4 vols dont les deux satellites d’observation Pléiades 1A et Pléiades 1B et les premiers satellites de la constellation Galileo) et de Vega.

 

Lancements Ariane Kourou - Historique - 1979-2012Graphique montrant le nombre de lancements au Centre Spatial Guyanais entre décembre
1979 et décembre 2012. Cliquer pour agrandir l’image.
Crédit image : Planète Sciences Midi-Pyrénées / Un autre regard sur la Terre.

 

La courbe met bien en évidence trois générations successives correspondant en gros à trois tranches de 10 ans environ :

  • La première génération (couleur dominante bleue), entre 1979 et 1988, correspond aux lanceurs Ariane 1 à Ariane 3, avec un nombre moyen de lancements par an un peu inférieur à 3.
  • La seconde génération (couleur dominante verte), entre 1989 et 2002, est celle d’Ariane 4 avec des cadences de lancements très élevées, en moyenne de 9,3 tirs annuels, mais entre 10 et 12 sur 7 des 8 dernières années.
  • La troisième génération (couleur dominante jaune), de 2003 à aujourd’hui, voit la montée en puissance d’Ariane 5 et l’arrivée de Soyouz et de Vega. Le rythme annuel de lancements redescend un peu en dessous de 6.

Entre chaque génération, une période de transition voit cohabiter deux types de lanceurs : d’abord entre Ariane 1 et Ariane 4 puis entre Ariane 4 et Ariane 5. C’est dans ces phases de transition que les vols de qualification des nouvelles versions sont effectués, avec, rarement, quelques échecs.

Pour ceux qui veulent aller plus loin, voici une autre courbe montrant le détail des fusées Ariane 1, 2, 3 et des différentes versions d'Ariane 5 :

 

Historique-des-vols-Ariane---1979-2012---Details.jpgGraphique montrant le nombre de lancements au Centre Spatial Guyanais entre décembre
1979 et décembre 2012, avec les détails pour Ariane 1, 2 et 3 et les versions d'Ariane 5. Cliquer
pour agrandir l’image. Crédit image : Planète Sciences Midi-Pyrénées / Un autre regard sur la Terre.

 

Jour J

Le permier lancement d'Ariane a donc eu lieu la veille de noël en 1979. Un curiosité : vous pensiez qu'Ariane 2 avait suivi Ariane 1. Trop facile... C'est Ariane 3 avec un premier vol le 4 août 1984. Le lancement inaugural d'Ariane 2, c'est le 30 mai 1986. La première fusée Ariane 4 décolle le 15 juin 1988 avec un satellite de la série Météosat. C'est le 4 juin 1996 que la première tentative de lancement d'Ariane 5 a lieu.

J'ignore si c'est à cause de la période de noël ou celle du bouclage du chiffre d'affaires mais près de 10% des lancements au CSG ont été effectués pendant la deuxième quinzaine de décembre...

 

Cadences de lancement

L’évolution du nombre de lancements avant et après 2002 est frappante : pratiquement une diminution de 50%, après la montée en puissance des vols Ariane 5. La généralisation des lancements doubles avec Ariane 5, l’augmentation de la taille de la capacité et de la durée de vie des satellites de télécommunication expliquent cette évolution.

Après le creux d’activité de 2004 (lié à la baisse du marché des télécommunications du début des années 2000), il est assez remarquable de voir l’inversion de tendance amorcée en 2011 et confirmée en 2012 avec un total de 10 lancements en Guyane.

Il est peut-être un peu tôt pour crier victoire mais le choix stratégique de jouer l’effet de gamme avec trois types de lanceurs (Ariane 5, Soyouz et Vega) semble bien commencer à porter ses fruits.

 

Une fiabilité exceptionnelle et inégalée

La maturité technique et opérationnelle et la fiabilité exceptionnelle des lanceurs de la famille Ariane, l’engagement de tous les acteurs (CNES, ESA, Astrium, Safran et l'ensemble des industriels impliqués, Arianespace) ont beaucoup contribué au succès commercial de la famille Ariane.

Sur 211 lancements, il n’a eu que 10 échecs : 2 avec Ariane 1, 1 avec Ariane 2, 1 avec Ariane 3, 3 avec Ariane 4 et 3 avec Ariane 5 (aucun échec pour les versions 5G, ECA et ES).

Les lancements réussis se répartissent de la manière suivante :

  • 9 lancements Ariane 1.
  • 5 lancements Ariane 2.
  • 10 lancements Ariane 3.
  • 113 lancements Ariane 4.
  • 64 lancements Ariane 5.

A la fin du mois de décembre 2012, Ariane 5 vient de connaître son 53ème succès consécutif. Joli cadeau de noël !

 

Ariane 5 - VA 211 - Décollage - Kourou - CSG - ToucanDécollage de la fusée Ariane 5 VA211 le 19 décembre 2012 vu depuis Toucan.
Crédit image :
ESA / CNES / Arianespace, optique vidéo du CSG - S. Martin.

 

Les versions d’Ariane

Si j’ai bien compté, il y a eu 25 modèles d’Ariane en service : 1, 2, 3, 40, 42P, 42L, 44P, 44LP, 44L, 40+, 42P+, 42L+, 44LP+, 44L+, 40-3, 42P-3, 42L-3, 44P-3, 44LP-3, 44L-3, 5G, 5G+, 5GS, 5ECA, 5ES. Le modèle 44P+ n’a jamais été utilisé. Les modèles les plus utilisés ont été Ariane 5 ECA (38 missions avec celle utilisée le 19 décembre 2012), et Ariane 44L-3 (24 missions).

  

Quelques records et curiosités statistiques…

  • Arianespace a mis en orbite 75 tonnes de charge utile en 2012 (dont 20 tonnes pour l’ATV Edoardo Amaldi).
  • Skynet 5D est le 38ème satellite militaire lancé par Arianespace. C’est également le 89ème fabriqué par Astrium.
  • Quatorze lancements en 11 mois et demi : du vol 71 (Ariane 4), le 28 mars 1995, au vol 84 (Ariane 4), le 14 mars 1996. Un premier record !
  • Trois lancements dans le même mois, les 5, 21 et 28 octobre 1998, avec deux Ariane 4 (vol 111 et 113) et une Ariane 5 (vol 112/L503).
  • Trois lancements en 19,3 jours en décembre 1999 : vol 124 (Ariane 4) le 3 à 16h22, vol 119 (Ariane 5) le 10 à 14h32 et vol 125 (Ariane 4) le 23 à 0h50.
  • En novembre 2000, entre le vol 135 (Ariane 5) et le vol 136 (Ariane 4), il ne s’est écoulé que 5 jours, 22 heures et 49 minutes.
  • Le record actuel de cadence entre deux lancements est de 5 jours 18 heures 8 minutes et 59 secondes, entre le vol 148 d’Ariane 4, le 23 février 2002, et le vol 145 d’Ariane 5, le 1er mars suivant. Notez la numérotation un peu inhabituelle. L’habitude du compte-à-rebours ?
  • 3 satellites construits par Astrium lancés en 3 semaines.

Je reviendrai dans un autre article sur les chiffres concernant les charges utiles mises en orbite : la vérification des chiffres est un peu complexe (missions principales, passagers auxiliaires, maquettes, capsules technologiques) mais il y a également quelques points de repère et records intéressants à mentionner. A suivre...

 

En savoir plus :

 

 

 

 

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5 décembre 2012 3 05 /12 /décembre /2012 08:29

Dans la nuit du 1er au 2 décembre 2012, la mission du lanceur Soyouz VS04 s’est achevée avec succès 55 minutes après la mise à feu de la fusée, avec la séparation et la mise en orbite de Pléiades 1B.

 Au moment où les équipes de lancement ouvraient le champagne au CSG, le travail commençait seulement pour les équipes du CNES en charge de la mise à poste et de la recette en vol.

Dès la confirmation de la satellisation, Alain Gleyzes, chef de projet Pléiades au CNES, a présenté les grandes étapes de ces opérations au public venu nombreux à la Cité de l’espace pour assister à la retransmission du lancement.

Depuis la salle de contrôle principale (SCP) du CNES de Toulouse, il a expliqué en détail les premiers jours de ce qu’on appelle LEOP (pour Launch and Early Orbit Phase) dans le jargon des opérations spatiales.

Ces premiers jours de la vie de Pléiades 1B sont l’occasion de présenter plus en détail le satellite Pléiades et son fonctionnement, jusqu’à l’acquisition de la première image.

 

Satellites Pléiades - Les jumeaux en orbiteLe satellite Pléiades 1B bientôt en tête à tête avec son jumeau Pléiades 1A. Dans moins d’un an,
quand Spot 7 rejoindra la même orbite, ils seront quatre autour de la table.
Crédit image : CNES / Pierre Carril

 

Pléiades 1B : Un beau bébé qui rejoint son frère jumeau

L’analogie avec la naissance d’un bébé montre assez vite ses limites mais l’exercice est intéressant :

  • C’est un faux jumeau : il rejoint son orbite moins d’un an après son frère aîné Pléiades 1A.
  • Pas de cordon ombilical pour Pléiades 1B : c’est une ceinture pyrotechnique et des ressorts qui le retenaient à l’étage Fregat de la fusée Soyouz. Celle-ci a bien des bras ombilicaux mais pour les étages inférieurs.
  • Un gros bébé : 970 kg, 350 cm de hauteur.
  • Un premier cri qui montre qu’il est en pleine forme : juste après la séparation, sa télémesure a bien été reçue par les stations de poursuite en Australie.
  • Tout juste sorti du berceau, il s’étire : les trois panneaux solaires, sur charnière à ressorts et maintenus pendant le lancement par des verrous pyrotechniques, ont été déployés.
  • Il n’a pas encore ouvert les yeux : un bilan de santé complet a été effectué avant de prendre les premières images… La plateforme et les équipements sont vérifiés étape par étape. Les journées de lundi et mardi étaient particulièrement chargées pour les équipes concernées.

 

Première étape : orienter le satellite

Pour pouvoir fonctionner correctement, utiliser son instrument de prise de vue et transmettre les informations acquises, les satellites Pléiades doivent maîtriser parfaitement leur orientation. C’est vrai pour les panneaux solaires indispensables pour recharger les batteries, le télescope ou les antennes de télécommande/télémesure ou de transmission d’images.

C’est le rôle du SCAO, un sigle qui signifie System de Contrôle d’Attitude et d’Orbite (AOCS en anglais), une des fonctions assurées par la plateforme des satellites. Ce domaine correspond à un métier très particulier dans la conception et la fabrication des satellites et fait appel à des équipements spécifiques :

  • Des capteurs pour permettre au satellite de se repérer dans l’espace, soit par rapport à des repères externes (la Terre, le soleil ou des étoiles) soit par rapport à une position de départ (capteurs inertiels de type accéléromètres ou gyromètres).
  • Des actionneurs utilisés pour modifier l’orientation du satellite.
  • Une part importante du logiciel de bord qui détermine les consignes d’orientations envoyées aux actionneurs à partir des informations provenant des capteurs (on parle de « boucle SCAO »).

 

Tout ce que vous avez toujours voulu savoir sur le SCAO sans jamais oser le demander

Quel que soit le satellite, il y a plusieurs modes de SCAO : avec au moins le mode de fonctionnement normal et le mode « survie » : quand une panne ou une anomalie est détectée, le satellite assure les besoins essentiels (en particulier rechercher le soleil pour pointer les panneaux solaires dans la bonne direction et conserver l’alimentation électrique et une plage de température acceptable).

Les satellites Pléiades développées par Astrium pour le CNES ont trois modes de contrôle d’attitude principaux (décomposés en huit sous modes) :

  • Le mode ASH (Acquisition and Safe Hold), pour stabiliser le satellite et assurer l’orientation des panneaux solaires vers le soleil après le lancement. C’’est également le mode « survie » après une détection d’anomalie ou de panne.
  • Le mode NORM(al), utilisé pour remplir la mission opérationnelle, en l’occurrence prendre des images dans le cas de Pléiades mais également recharger les batteries et communiquer avec la Terre.
  • Le mode OCM (Orbit control Mode) pour les manœuvres de mise à poste et de maintien à poste, en particulier pour permettre à Pléiades 1B de rejoindre l’orbite de son frère jumeau, décalé de 180° pour assurer une revisite élevé de chaque région de la Terre.


Après le lancement : stabiliser le satellite, trouver le soleil et pointer les panneaux dans la bonne direction…

Après la séparation de l’étage Fregat, le satellite tourne sur lui-même. Il va d’abord chercher à réduire cette rotation puis à ce stabiliser. Dans ce mode qui sert également de mode survie, on a besoin de solutions robustes, économes en énergie, qui ne font aucune hypothèse sur l’état du satellite.

Les capteurs sont trois magnétomètres (correspondant aux trois axes de rotation du satellite) qui mesurent le champ magnétique terrestre.

Les actionneurs sont des magnéto-coupleurs. Un peu comme le fait l’aiguille d’une boussole qui tourne pour indiquer le nord, une bobine parcourue par un courant électrique crée une force qui fait tourner son support. Du fait de la diminution du champ magnétique avec l’altitude, cette méthode ne fonctionne qu’en orbite basse.

Une roue à réaction sur l’axe de tangage contribue à orienter cet axe perpendiculairement aux lignes de champ magnétique terrestre. Quand la première étape de stabilisation est achevée, le satellite tourne lentement autour de son axe de tangage, perpendiculaire au plan de l’orbite.

Satellite Pléaides - AIT Astrium Magneto-coupleurUn des magnéto-coupleurs
des satellites Pléiades.
Crédit image : CNES

C’est à ce stade qu’intervient un nouveau capteur, un capteur solaire dit « grossier » (CSS pour Coarse Sun Sensor), le BASS 17 d’Astrium : il est constitué de 4 paires des cellules photosensibles disposées sur les parois d’une pyramide. La lumière solaire reçue par chaque cellule est plus ou moins intense en fonction de la direction du soleil. En sortie, le signal électrique est une mesure des deux angles solaires.

Pendant cette phase, un obturateur (une sorte de cache-objectif) protège l’instrument de tout dégât causé par l’éblouissement par le soleil. L’ouverture de l’obturateur fait partie des premières opérations dès que la position du satellite est stabilisée.

 

Pléiades - Capteur solaire - CSS - BASSDescription et fonctionnement des capteurs solaires d’Astrium. Un principe simple mais très robuste. Ici, un BASS7. sur Pléiades, c'est le modèle BASS17. Illustration réalisée à partir d’images fournies par Astrium.

 

Ajuster ou modifier l’orbite avec le système de propulsion : le mode OCM

On parle de MCO : manœuvre de correction d’orbite. C’est un mode utilisé en début de vie pour la mise à poste du satellite sur son orbite définitive (la même que Pléiades 1A mais décalée de 180°), pour les manœuvres régulières de correction d’orbite et, en fin de vie, pour la désorbitation du satellite.

C’est le système de propulsion du satellite qui est utilisé dans ce cas : sur les satellites Pléiades, il s’agit de 4 propulseurs de 1 N (Newton) de poussée avec un réservoir contenant environ 80 kg d’hydrazine. L’ensemble du module de propulsion PM25 est fourni par Astrium.

Les deux paires de tuyères contrôlent deux des troix axes du satellite. En mode OCM, le troisième axe est piloté par les actionneurs gyroscopiques qui servent avant tout pour les opérations normales du satellite.

 

Les opérations normales : prendre des images et recharger les batteries

Actionneurs gyroscopiques… Quésako ? En anglais, on parle de CMG pour Control Momentum Gyroscope.

A l’origine, c’est une technologie qui a été développée et utilisée sur les stations orbitales (Skylab, MIR) et sur les satellites militaires de la série Key Hole. En Europe, c’est une des principales innovations du satellite Pléiades : les actionneurs gyroscopiques (AG) de Pléiades sont la clé de la grande agilité du satellite tout en conservant pontage précis et stabilité de vitesse.

 

Rotation de couples : dans l’espace aussi…

Sur une roue à réaction, le couple est produit en modifiant la vitesse de rotation de la roue. Sur un actionneur gyroscopique, c’est en basculant l’axe que le couple de réaction est réalisé : il est perpendiculaire à l’axe de rotation de la roue et dépend de la manière dont l’axe de rotation est pivotée

Cela n’est pas clair ? Je comprends : moi c’est pareil… Peut-être que la figure suivante vous aidera un peu mais, si vous êtes prêts à bricoler un peu, le mieux est de fabriquer une maquette avec des petits moteurs et des disques métalliques. Les animateurs de Planète Sciences ont également conçu une série d’animations pour découvrir l’effet gyroscopique et le fonctionnement des roues à réaction et des actionneurs gyroscopiques. Vous trouverez également sur youtube (voir les liens ci-dessus) quelques vidéos pédagogiques illustrant ces notions : il faut vraiment manipuler un gyroscope ou une roue à inertie pour « saisir » (au sens propre) ces phénomènes.

 

Fonctionnement CMG - Actionneur gyroscopique Satellite Pléiades - AIT Astrium - CMG 

Des couples dans tous les sens : à gauche, fonctionnement des actionneurs gyroscopiques (ou CMG)
de Pléiades. Dessin adapté d'une plaquette Astrium. A droite, sur le satellite Pléiades 1A en intégration,
un des 4 actionneurs gyroscopiques. Crédit image : CNES.

 

Par rapport aux roues à réaction, les actionneurs gyroscopiques ont l’avantage de fournir des couples importants avec une consommation d’énergie très inférieure.

Il faut un minimum de 3 actionneurs pour commander les trois axes de rotation. Un quatrième permet d’éliminer les configurations dites « singulières » (genre division par zéro…) Sur Pléiades, on utilise quatre actionneurs gyroscopiques CMG15-45S d’Astrium disposés sur les faces d’une pyramide.

Les progrès technologies ont permis d’éliminer plusieurs difficultés qui freinaient leur utilisation opérationnelle :

  • L’amélioration de la résistance des paliers (usure, contraintes liées aux couples importants).
  • L’augmentation de la précision des mesures d’angle et de vitess.
  • Les progrès des logiciels embarqués : les algorithmes pour piloter 4 actionneurs en tenant compte de toutes les configurations possibles sont complexes.

 

Dans le mode normal, Pléiades utilise des capteurs très performants pour répondre aux exigences de très grande précision de pointage de l’instrument. On utilise un système appelé « gyro-stellaire » combinant deux mesures complémentaires :

  • Une mesure inertielle réalisée par quatre gyroscopes à fibre optique (FOG). C’est l’Astrix 200 développé par Astrium.
  • Une mesure externe réalisée avec 3 capteurs stellaires (ou STR pour star tracker en anglais) qui identifient la direction d’étoiles connues. C’est le produit SED 36 développé par SDODERN qui a été choisi pour les satellites Pléiades.

On a fait le tour de tous les équipements (capteurs ou actionneurs) qui servent au contrôle d’attitude ? Ah non , j’allais en oublier un : DORIS. Ce sigle signifie : Détermination d’Orbite et de Radiopositionnement Intégrés par Satellite. Conçu et développé par le CNES en collaboration avec le Groupe de Recherche en Géodésie Spatiale (GRGS) et l’Institut National de l’Information Géographique et Forestière (IGN), le système Doris est utilisé pour déterminer au centimètre près l’orbite de satellites équipés de récepteurs grâce à un réseau de stations terrestres, utilisées comme points de référence au sol. DORIS fournit la position, la vitesse su satellite et une référence de temps (TAI temps atomique international). Sur Pléiades, on reconnaît facilement l’antenne du récepteur DORIS : elle est en forme de ressort.

 

En guise de synthèse, un petit tableau récapitulatif des capteurs et des acteurs utilisés pour le SCAO de des satellites Pléiades

 

Equipements
Acquisition
et survie
Mode
 Normal 
Manoeuvre
orbitale
  Nombre  Type de
redondance
Capteurs utilisés :
  
  
  
  
  

Magnétomètres (IAI-Tamam)

 X     2 Froide (1/2)

Capteur solaire (BASS17R d’Astrium)

 X     2   Froide (1/2)

Senseur stellaire (SED36 de SODERN)

   X   3 Chaude (2/3) 

Gyros à fibre optique (Astrix 200 d’Astrium)

   X   4 Chaude (3/4)

Système DORIS (CNES)

   X X   2   Froide (1/2)
Actionneurs utilisés :          

Magnéto-coupleurs (IAI Tamam)

 X  X   6 Froide (1/2)

Roue à réaction (RCD RSI 12-75/608
de Rockwell Collins Deutschland)

 X     2   Froide (1/2) 

Actionneurs gyroscopiques
(CMG 15-45S d’astrium)

   X  X 4 Chaude (3/4)

Propulsion (PM25 d’Astrium)

     X 4  Chaude (2/4)

 

Le type de redondance, froide ou chaude (ou encore passive ou active) indique qu’un équipement redondant n’est mis en service qu’en cas de défaillance de l’équipement nominal ou fonctionne en permanence.

 

C’est la fin de ce petit tout d’horizon du contrôle d’attitude des satellites Pléiades, un concentré de tous les capteurs et actionneurs utilisés sur d’autres types de satellites.

J’ai surtout décrit dans cet article les solutions utilisées pour corriger ou contrôler l’attitude d’un satellite sur son orbite sans expliquer l’origine des perturbations. Elles sont nombreuses, externes (atmosphère résiduelle, activité solaire, champ magnétique, gradient de gravité) ou internes (propulsion, mouvement de liquide dans les réservoirs, déplacement d’équipements, etc.) au satellite. J’y reviendrai dans un autre article.

 

En savoir plus :

 

Suggestions d’utilisations pédagogiques en classe :

  • Si, dans votre classe, l’inertie ce n’est pas seulement par moment et si vous avez renoncé au contrôle de l’attitude de vos élèves, essayez quelques activités expérimentales pour découvrir de manière attractive les notions abordées dans cet article.
  • Il existe beaucoup de petites manips simples pour mettre en évidence la propulsion par réaction, l’effet gyroscopique, les relations entre courant électrique, champs magnétiques et forces. 
  • Les animateurs de Planète Sciences Midi-Pyrénées ont construit une maquette du satellite Pléiades (échelle 1/3 environ) et développé une série d’animations pour découvrir le fonctionnement et les applications des satellites d’observation.
  • Avec des lycéens, je vous conseille également de parcourir les fiches techniques des équipements (voir les liens ci-dessus), pour identifier les grandeurs physiques (couple, moment cinétique, etc.) et les unités de mesure. La traduction de l'anglais apporte une dimension supplémentaire.

 

 

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30 novembre 2012 5 30 /11 /novembre /2012 22:13

Fusée Soyouz : comment ça marche ?

Deux photographies et une chronologie détaillée : cela suffit pour comprendre comment fonctionne la fusée Soyouz et comment elle met sa charge utile (le satellite Pléiades 1B) en orbite.

Voici les deux photographies choisies pour leur intérêt pédagogique :

 

Fusee-Soyouz----Etages---Tuyeres.jpgSoyouz---Fregat---Pleiades-1B.jpgEn haut, une fusée Soyouz en cours de montage : au premier plan, deux des quatre boosters
autour de l'étage central. A l'arrière blanc, le troisième étage. En bas, le satellite Pléiades 1B
monté sur l’étage Fregat avant mise en place de la seconde demi-coiffe.
Crédit image : ESA – CNES – Arianespace / Optique Vidéo du CSG – P. Baudon.

 

Ces deux images permettent de bien repérer les quatre étages de la fusée Soyouz.

Sur la photographie du haut :

  • Le premier étage correspond en réalité aux 4 blocs d’accélération latéraux (les boosters appelés blocs B, V, G et D).
  • Le deuxième étage est le corps central (bloc A) autour duquel sont fixés les 4 boosters.
  • Le troisième étage (bloc I).
  • l’étage supérieur Fregat sur lequel est fixée la charge utile. Ici, il n'y a qu' un seul satellite : Pléiades 1B. En décembre 2011, il y a en avait 5 plus petits qui accompagnaient Pléiades 1A (SSOT et les quatre satellites Elisa).

Les étages et la coiffe sont produits en Russie et acheminés par la mer depuis Saint-Pétersbourg jusqu’en Guyane en 15 jours.

 

Un compte à rebours pour aller de l’avant : 55 minutes pour atteindre 694 kilomètres d’altitude et un peu plus de 27000 kilomètres/heure… Cela décoiffe !

  • H0 - 17 s : allumage des deux premiers étages. Montée progressive en puissance par paliers et vérification du bon fonctionnement.
  • H0 : décollage.
  • H0 + 1 min 58 s : séparation des quatre boosters latéraux (premier étage).
  • H0 + 3 min 29 s : largage de la coiffe (elle n’est plus utile : la fusée a quitté les couches denses de l’atmosphère).
  • H0 + 4 min 47 s : séparation du deuxième étage.
  • H0 + 8 min 47 s : séparation du troisième étage.
  • H0 + 9 min 47 s : premier allumage de l’étage Fregat (pendant 219 secondes).
  • H0 + 13 min 26 s : extinction Fregat et début de la phase balistique.
  • H0 + 41 min 56 s : deuxième allumage de l’étage Fregat (249 secondes).
  • H0 + 46 min 05 s : extinction Fregat.
  • H0 + 54 min 55 s : séparation du satellite Pléiades 1B. Ce sont les équipes LEOP qui prennent le relais : le satellite devient autonome. Cette phase importante aura lieu en visbilité de la station de Perth en Australie
  • H0 + 55 min : éjection des bouchons de champagne (ou au choix rhum ou vodka pour les heureux élus qui assistent au lancement sur place).

Ce n’est pas fini pour l'étage Fregat…

  • H0 + 1 h 53 min 25 s : troisième allumage de l’étage Fregat (32 secondes).
  • H0 + 2 h 28 min : rentrée contrôlée dans l’atmosphère de l’étage Fregat (une procédure sympathique qui limite les débris en orbite).


Lancement Pléiades 1B - Profil de mission - OrbiteProfil de la mission VS04 pour la mise en orbite de Pléiades 1B.

 

La fusée Soyouz (ou Soyuz) en quelques chiffres

Ce n’est que le quatrième lancement depuis le CSG mais la fusée Soyouz a fait ses preuves : dérivée des lanceurs Vostok et Semiorka utilisés pour Gagarine et Spoutnik, elle compte près de 1800 lancements à son actif. La mise en service de la première version remonte à 1966, suivie par les versions modifiées Soyouz-L (pour lunaire), Soyouz-M, -U, -U2 et Soyouz-FG utilisée pour metre en orbite le vaisseau spatial Soyouz-TMA qui “fait la navette” (sans navette…) entre la Terre et la station spatiale international.

La version lancée en Guyane est la fusée Soyouz-ST, commercialisée par Starsem, une filiale commune entre Arianespace, Astrium, Roscomos (l’Agence Spatiale Russe), le Centre Spatial de Samara (TsSKB-Progress).

La fusée Soyouz-ST mesure 46,20 mètres de hauteur. Son diamètre à la base atteint 10,30 mètres et celui de la coiffe 4,11 mètres. La masse au lancement est de 308 tonnes dont 272 tonnes d’ergols (oxygène liquide et kérosène).

L’étage Fregat, dérivé des systèmes de propulsion des sondes spatiales Phobos et Mars 96, a des caractéristiques étonnantes : développé par la société russe Lavotchkine, il peut être rallumé jusqu’à vingt fois pour remplir des missions complexes avec plusieurs satellites à placer sur des orbites différentes. Il est très compact : sa masse est de 930 kilogrammes pour un diamètre de 3,35 mètres sur 1,5 mètres de hauteur.

En Guyane, les performances de Soyouz ST sont les suivantes :

  • 3060 kilogrammes de charge utiles en orbite de transfert géostationnaire (GTO)
  • 4900 kilogrammes en orbite base héliosynchrone (les 979 kilos de Pléiades 1B laissent de la marge !)
  • 1570 kilogrammes en orbite moyenne (MEO).

Le dos de la petite tuyère :

Pour finir, amusez-vous à compter le nombre de tuyères sur la fusée Soyouz. Combien en voyez-vous ?

Si je compte bien :

  • Sur chacun des quatre boosters du premier étage : 4 tuyères principales et 2 moteurs-verniers.
  • Sur l'étage central : 4 tuyères principales et 4 moteurs-verniers.
  • Sur le deuxième étage : 4 tuyères fixes et 4 moteurs-verniers.
  • Sur l'étage Fregat : 1 tuyère principale et 12 moteurs à hydrazine pour le contrôle d'attitude.

 

Fusee-Soyouz----Tuyeres.jpgUn dernière photographie spectaculaire pour ceux qui aiment les tuyères

 

En savoir plus :

 

 

 

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29 novembre 2012 4 29 /11 /novembre /2012 08:18

 

Arianespace - Soyouz - Préparation lancement - Pléiades-1Préparatifs du lancement de Pléiades 1B : à gauche, installation du satellite sur l’étage Fregat.
A droite, fermeture de la coiffe. Crédit image : ESA-CNES- Arianespace / Optique vidéo du CSG –
L. Barthet et P. Baudon

VS 04 ? Vol Soyouz n°4. C’est à bord de la quatrième fusée Soyouz lancée à partir de la Guyane française que le satellite Pléiades 1B doit rejoindre son jumeau dans la nuit du vendredi 30 au samedi 1er décembre 2012, trois semaines après un nouveau succès d’Ariane 5.

 

Rhum ou vodka : le rythme s’accélère en Guyane…

Fin 2012, le rythme de lancement est particulièrement soutenu au CSG : D’ici la fin de l’année 2012, une nouvelle Ariane 5 (VA211) doit mettre en orbite deux satellites de télécommunications (Skynet 5D et Mexsat Bicentario). Soit 4 lancements en dix semaines et un total de 11 campagnes de lancement pour Arianespace, avec en particulier le premier vol de Vega, le lancement de l’ATV Edoardo Amaldi et la mise en orbite de Metop-B depuis le cosmodrome de Baikonour.

Galileo ou Pléiades : cela devient une habitude pour les lancements de Soyouz au CSG, très précisément sur la commune de Sinnamary, à une dizaine de kilomètres de l’ensemble de lancement Ariane 5 à Kourou. VS 01, le vol inaugural du 21 octobre 2011, a emporté les deux satellites Galileo IOV-1 PFM et FM2. Le 17 décembre 2011, VS 02 emporte six satellites : les quatre satellites d’écoute ELISA, le satellite chilien SSOT et, bien sûr, Pléiades 1A qui livre ses premières images juste avant noël. Tout récemment, le 12 octobre 2012, deux nouveaux satellites de la constellation Galileo ont été mis en orbite par le Soyouz VS 03.

Si les préparatifs de ce nouveau lancement continuent à se dérouler comme prévu, c’est à 3h02m50s (heure de Toulouse et Paris, soit 23h02m50 en Guyane) que la fusée Soyouz décollera. L’ouverture de la coiffe est prévue juste après 3h06 (une heure normale pour une sortie de boîte) et la mise en orbite aura lieu à H+54m55s au moment de la séparation du satellite Pléiades 1B de l’étage Fregat.

 

Lancement Pléiades 1B - Profil de mission - OrbiteProfil de mission de la fusée Soyouz VS 04. Dans les jours qui suivront, Pléiades 1B sera positionné
sur la même orbite que Pléiades 1A. D'ici un an, après le lancement de Spot 7 qui rejoindra Spot 6,
les quatre satellites formeront une constellation à 694 km d'altitude. Crédit image : Arianespace

 

Plusieurs opérations importantes ont été menées depuis une semaine :

  • 21 novembre : installation du satellite Pléiades 1B au-dessus de l’étage Fregat dans le bâtiment S3B (assemblage de la charge utile, payload stack).
  • 23 novembre : le lanceur Soyouz, jusqu’à présent assemblé dans le bâtiment MIK, a été placé sur le véhicule de transport.
  • 26 novembre : érection du lanceur sur le site de lancement puis couplage de la charge utile.

D’Astérix à Pléiades 1B : comment baptise-on les satellites français ?

Le 26 novembre, c’est un anniversaire important !

Ces opérations se passent moins d’un an après le lancement de Pléiades 1A mais 47 ans jour pour jour après celui du premier satellite français, mis en orbite le 26 novembre 1965, à partir de la base d’Hammaguir, en Algérie.

Le nom du premier satellite français ? A1… Cela prouve que les ingénieurs et les responsables de programmes spatiaux peuvent parfois manquer d’originalité. Pour Pléiades, on se lâche un peu : c’est 1A puis 1B.

A1 (A pour armée) a failli s’appeler Zébulon (les journalistes trouvaient que son ressort d’éjection faisait penser au personnage de l’émission pour enfants « le manège enchanté ») mais le CNES a préféré populariser le nom Astérix (le côté gaulois ?). Au niveau international, les noms sont encore plus poétiques : 1965-096A ou NORAD 1778 (utile pour retrouver les paramètres orbitaux).

Pour la petite histoire, le premier satellite européen est italien et s’appelle San Marco 1. Il a été lancé un an plus tôt le 15 décembre 1964 de Wallops Island (USA) par une fusée américaine Scout-X4. Pour cette raison (lancement par une fusée américaine), c’est bien la France qui devient avec Astérix la troisième puissance spatiale derrière l’URSS et les Etats-Unis. Des épisodes comme l’impossibilité d’exploiter commercialement le satellite franco-allemand Symphonie ont confirmé l’importance d’un accès autonome à l’espace et permis le lancement du programme Ariane. L’accès à l’espace était un sujet central de la dernière conférence ministérielle de l’ESA qui s’est tenue à Naples les 20 et 21 novembre 2012, avec en particulier les dossiers Ariane 5 ME et Ariane 6.

Si on creuse un peu l'histoire d'Astérix en lisant les témoignages des acteurs de l’époque ou les ouvrages historiques sur le spatial français, on s’aperçoit qu’il y a eu tout un débat pour déterminer quel serait le premier satellite :

  • A1 (alias Astérix), 38 kilogrammes plus un support de 7 kilogrammes, construit par Matra pour la DMA (délégation ministérielle pour l’armement, l’ancêtre de la DGA)
  • ou D-1A (une nouvelle preuve d’originalité, alias Diapason, un nom beaucoup plus sympathique qui fait référence aux deux émetteurs radio à fréquence stable dont on mesurait l’effet doppler pour déterminer la position du satellite), 17 kg et une case à équipements de 18 kg, construit par le CNES.

Sans revenir sur cet épisode de « saine émulation » (les personnes intéressées peuvent consulter un site très bien documenté : « nos premières années dans l’espace » ou le livre d’Yves Garric « Michel Lefebvre, marin de l’espace »), une comparaison entre les photographies d’époque et celles d’aujourd’hui est assez instructive.

 

Satellites Astérix A1 - Pléaides 1B - Intégration et lanMontage photo illustrant l’évolution des satellites et des techniques d’intégration d’Astérix à
Pléiades. Crédit image : CNES / Arianespace

 

Tout change, rien ne change…

C’est très différent ? Effectivement, pas gros chose à voir entre Astérix et Pléiades du point de vue de la masse et de la complexité technologique. Quelques dizaines de kilos par A1, près d’une tonne pour 1A (et 1B)… Un simple émetteur pour Astérix, une mission d’observation de la Terre très sophistiquée, avec un instrument de taille impressionnante, une plate-forme très agile et une transmission d’images à 450 Mbits/s dans le cas de Pléiades. Des projets également beaucoup plus complexes, avec une organisation industrielle faisant appel à plusieurs sociétés européennes (Astrium, CASA, Thales Alenia Space, Sodern, Saab-Ericsson, ABSL, ETCA, IAI etc.) et des équipes plus nombreuses.

Néanmoins, il y a encore des similitudes : les contraintes du lancement puis de l’environnement spatial, le diagnostic de satellisation, le déplacement sur l’orbite (pas de moteur sauf pour les corrections d’altitude), etc.

 

Les satellites Pléiades : deux pieds sur Terre et la tête dans les étoiles ?

Les deux pieds sur Terre, on comprend facilement pourquoi: deux pieds, c’est presque 70 cm, la pas d’échantillonnage au sol de l’instrument des satellites Pléiades (en anglais, on parle de GSD pour Ground Sampling Distance). Une fois les données reçues et traitées, les pixels des images Pléiades représentent des carrés de 50 centimètres de côté.

Deux pieds, c'est également approximativement le diamètre du miroir primaire du télescope des satellites Pléiades (650 mm).

Les satellites Pléiades, construits par Astrium, observent la Terre éclairée par le soleil. Quel rapport avec le ciel nocturne étoilé ?

Eh bien, ce sont trois senseurs stellaires, fournis par Sodern, combinés à un gyromètre à fibres optiques (FOG) qui permettent à chaque satellite Pléiades de déterminer précisément son attitude. Fixés directement sur la structure de l’instrument, ils repèrent des étoiles connues et permettent au logiciel de bord de déterminer la direction exacte de pointage de l’instrument de prise de vue.

pleiades astrium

Vue d’artiste du satellite Pléiades. On voit
deux des trois têtes des senseurs stellaires
(les formes tronconiques blanches et noires).
Crédit image : Astrium.

Précision de pointage, une qualité qui complète l’agilité et la très haute résolution de Pléiades. Les satellites Spot 6 et Spot 7 déterminent leur attitude de la même manière.

Je m’aperçois qu’aucun article du blog Un autre regard sur la Terre n’a été consacré à la description technique des satellites Pléiades. Il va falloir rectifier cela prochainement !

 

Les Pléiades, alias M45 : les colombes et le Taureau

En attendant, revenons à nos noms de baptême…

Si vous vous intéressez un peu à l’astronomie, ce n’est pas le mot satellite qui vous vient à l’esprit quand on vous parle des Pléiades :

Les Pléiades, ou amas M45 (depuis Messier, les astronomes manquent parfois également de poésie), sont un amas stellaire visible dans l'hémisphère nord, dans la constellation du Taureau.

L'origine du nom « Pléiades » provient de la mythologie grecque : les Pléiades sont sept sœurs, filles d'Atlas et de Pléioné : Astérope, Mérope, Électre, Maïa, Taygète, Céléno et Alcyone. Pourchassées par le guerrier Orion, elles demandent à Zeus de les sauver. Changées en colombes, elles deviennent à leur mort des constellations.

On dénombre aujourd'hui dans l’amas M45 environ 3 000 étoiles, dont une douzaine sont visibles à l'œil nu. Il s'étend sur 2°, environ 4 fois le diamètre apparent de la Lune. Les 9 étoiles les plus brillantes portent le nom des 7 sœurs et de leurs parents. Elles sont visibles à l'œil nu. Astérope est une étoile double.

Voilà peut-être une idée pour baptiser nos deux satellites jumeaux (en l’occurrence, c’est plutôt une paire de jumelles à fort grossissement). Plutôt que 1A et 1B, que pensez-vous de Maïa et Mérope, ou encore Astérope et Alcyone ?

 

Pour suivre le lancement de Pléiades 1B :

Si vous êtes prêt à vous coucher très tard ou vous lever très tôt, le lancement aura normalement lieu dans la nuit du vendredi 30 au samedi 1er décembre à 3:02:50 en heure française (soit 2:02:50 en temps universel) :

  • Sur le site d’Arianespace, la page pour suivre la vidéotransmission en direct (le plug-in Adobe Flash Player est nécessaire).
  • La retransmission commence à 1h42 UTC (soit 2h42 du matin à Paris ou Toulouse).
  • Si le ciel est dégagé à Toulouse (pas sûr !) et que vous voulez patienter en observant les étoiles, les Pléiades seront visibles et il y aura également deux passages de la station spatiale internationale (ISS).

 

En savoir plus :

 

 

 

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27 septembre 2012 4 27 /09 /septembre /2012 08:36

ATV-3---ISS---Debris-Avoidance-Manoeuvre---Docking-or-Undoc.jpgDocking ou undocking ? Telle est la question… Ici, c’est une photographie de l’approche de l’ATV-3
le 28 mars 2012. Il reste amarré à l’ISS pour réaliser un manœuvre d’évitement de débris.
Crédit image : NASA

 

Quand un petit problème devient une grande solution…

Le désamarrage de l’ATV-3 de l’ISS, initialement prévu dans la nuit du 25 au 26 septembre 2012, a donc été reporté. L’analyse du problème montre que l’ATV a parfaitement fonctionné : une commande erronée, un mauvais identifiant (« Spacecraft ID »), a été envoyée à partir de la console de commande du module Zvezda de l’ISS.

Rien de grave, à part une perte de temps : mercredi en fin de journée, l’ESA confirmait sur son site qu’une nouvelle tentative serait effectuée le jeudi 27 à 21h00 UTC. Le retour sur Terre serait lui retardé davantage en raison de la demande de NOTAM (« Notice to Airmen » ou messages aux navigants), une procédure de la navigation aérienne qui impose un préavis de plusieurs jours. Bien connue des clubs aérospatiaux de Planète Sciences pour leurs lancements de fusées, elle s’applique aussi aux atterrissages de vaisseaux spatiaux, même dans le sud du Pacifique.

Un peu plus tard dans la soirée de mercredi, la situation évoluait encore et le report de mardi soir devenait une bonne nouvelle !

 

« Breaking news : Space Debris Being Tracked. ATV-3 Remains Docked”

C’est sous ce titre que la NASA annonçait que la préparation d’une manœuvre d’évitement de débris de la station spatiale internationale avait été décidée mercredi. Cette décision relève de l’IMMT (ISS Mission Management Team) associant tous les pays participant à la station spatiale internationale.

L’ATV Edoardo Amaldi, toujours amarré à l’ISS, qui a effectué plusieurs opérations de « rehaussement » de l’orbite de l’ISS, aurait pu reprendre du service à cette occasion.

La seconde tentative de désamarrage de l’ATV-3 va attendre au moins jusqu’à vendredi.

La menace de collision concernait un fragment de satellite russe Cosmos et un morceau d’étage de fusée indienne PSLV, semblable à celle utilisée pour lancer le satellite Spot 6.

Les systèmes de surveillance, notamment ceux de la NASA et de la défense américaine, indiquaient que la la prévision de trajectoire de ces débris dont on ignore la taille exacte, les rapprochent de la « zone rouge », un espace virtuel entourant l’ISS, une sorte de boite à pizza de 50 kilomètres de côté et de 1500 mètres de hauteur (on remarque que l’incertitude porte logiquement sur la position horizontale du débris, son altitude est mieux connue).

Jeudi matin, quelques heures avant le début de la manoeuvre, les prévisions de trajectoire des débris s'affinent et permettent de confirmer que la station est à l'abri de toute collision. La manoeuvre d'évitement est finalement "évitée"... Le désamarrage de l'ATV est à nouveau programmé pour vendredi 28 au soir, à 21h46 UTC soit 23h46 à Toulouse. Bon courage aux équipes d'astreinte qui gèrent ces multiples rebondissements avec certainement encore de longues soirées en perspective jeudi et vendredi.
 

Adieux ou salut : DAMned...un débris
Si la manœuvre d’évitement de débris (DAM pour « debris avoidance manoeuvre” en anglais) avait effectivement été réalisée, elle aurait eu lieu jeudi à 14h12 en heure française, soit 12h12 UTC et 8:12 EDT pour la côte est des Etats-Unis, avec, aux commandes, l’équipe commune ESA-CNES du centre de contrôle de l’ATV à Toulouse. Il était question d’une correction de vitesse de seulement 0,3 mètre par seconde (un peu plus de 1 km/h pour un objet qui a une vitesse de 27000 km/h). C’est faible par rapport aux autres opérations de correction d’orbite effectuée par l’ATV-3 depuis avril 2012 mais suffisant pour s’éloigner de la zone de danger. Dans l’espace, pour baisser la tête, on saute en l’air…

Pour être complet, il faut ajouter que les autres systèmes de propulsion de la station internationale, sur la partie russe, ne peuvent pas être utilisés quand l’ATV est « docké ».

 

Nice debris…

Cette coïncidence étonnante entre le report du désamarrage de l’ATV et une possibilité de manœuvre d’évitement de débris est l’occasion de parler un peu des débris spatiaux, un sujet qui n’a pas encore été abordé sur le blog Un autre regard sur la Terre.

On pense d’abord aux vols habités et aux risques pour les occupants des vaisseaux spatiaux ou de la station spatiale internationale mais la menace des débris concerne toutes les activités spatiales, du lancement de fusées aux satellites en orbite basse ou géostationnaire.

 

ISS---Shuttle---ATV---Nespoli---Expedition-27---23-Mai-2011.jpgUne photographie unique de la station spatiale internationale avec le space shuttle et l’ATV-2.
Photographie prise par l’astronaute européen Paolo Nespoli le 23 mai 2011. Crédit image : NASA

 

C’est une préoccupation relativement nouvelle : au début de l’aventure spatiale, abandonner des pièces ou des débris en orbite à l’occasion de lancement ou de manœuvre ne paraissait pas gênant. Il y a même eu des projets quoi consistaient à mettre en orbite des quantités incroyables de petits objets : par exemple le projet West Ford, un système de télécommunication passif, proposé par le laboratoire Lincoln du MIT, consistant à mettre en orbite, en 1961 et 1963, plusieurs centaines de millions de petits aiguilles de cuivre afin de former un réflecteur pour les ondes radio…

Aujourd’hui, les spécialistes des débris spatiaux estiment que la population des débris se réparti de la manière suivante :

  • Plus de 20000 débris d’une taille supérieure à 10 cm (les américains donnent comme repère une balle de Soft-ball. En France, ce serait plutôt une grosse boule de pétanque. Qui va très très vite…)
  • Environ 500000 débris entre 1 et 10 cm de diamètre.
  • Des dizaines de millions de débris de taille inférieure à un centimètre (la taille d’une bille).

On trouve de tout : des étages supérieurs de fusées, des satellites hors de service, des écrous, des outils perdus par les astronautes, des éclats de peintures ou même des résidus de propulsion.

Certains experts estiment que la situation devient « insoutenable » (au sens du développement durable) et parlent du « syndrôme de Kessler » (concept imaginé en 1991), une sorte de réaction en chaîne :

Le nombre de débris spatiaux en orbite basse atteint un seuil au-dessus duquel les collisions en orbite sont fréquentes, augmentant de façon exponentielle le nombre des débris et la probabilité des impacts…

La situation est la plus critique en orbite basse, sur les orbites polaires.

 

Debris-spatiaux---Orbite-basse.jpgDebris-spatiaux---Orbite-geostationnaire.jpgIllustration des densités de débris en orbite basse et en orbite géostationnaire. Crédit image : NASA

 

Les deux dernières collisions importantes en janvier 2007 (un essai de destruction de satellite réalisé par la Chine) et février 2009 (une collision entre un satellite opérationnel de la constellation Iridium et le satellite russe hors de service Cosmos 2251) amènent certains experts à dire que le syndrôme de Kessler est déjà une réalité. Avant sa panne au printemps 2012, le satellite Envisat avait effectué plusieurs manœuvres d’évitement de débris.

Attention néanmoins à ce que l’illustration ne vous induise pas en erreur : les points blancs matérialisant les débris en orbite sont très gros donnent l’impression d’une région totalement encombrée. Il faut ramener cela à sa juste échelle : l’espace reste bien assez vide et il faut parler de probabilité de collision. Pour l’ISS et sa boîte à pizza, les critères de la NASA pour commencer à parler de manœuvre d’évitement correspondent à des seuils probabilité de 1/100000 ou 1/10000. C’est 1/1000 pour les missions non habitées.

 

A la pêche aux satellites

Je reviendrai dans un autre article sur les moyens de détection et de surveillance de débris : le réseau de surveillance américain JSpOC, les radars Graves et Tira ou le projet de système de surveillance de l’espace (SSA).

Le vrai problème est celui des débris non détectables mais suffisamment gros pour détruire un satellite : sans connaître leur position précise, on ne peut pas effectuer les manœuvres d’évitement. Les blindages, efficaces pour les tous petits débris, ne suffisent pas.

Les spécialistes estiment que pour éviter le syndrome de Kessler, il faudrait désorbiter chaque année 5 à 10 gros objets hors de service pour réduire les riques de collision catastrophique. On parle d’Active Debris Removal, une technique qui nous rapproche de la pêche au gros : harpons, filets, grues, bras robots… De nombreuses pistes techniques sont proposées dans les conférences sur le thème de débris. On en parlera certainement beaucoup à Milan la semaine prochaine pendant la conférence annuelle de l'IAF.

 

En savoir plus :

 

 

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  • Ingénieur dans le domaine de l'observation de la Terre.
Bénévole de l'association Planète Sciences Midi-Pyrénées
  • Ingénieur dans le domaine de l'observation de la Terre. Bénévole de l'association Planète Sciences Midi-Pyrénées

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