PLATO et OneWeb : éclairage sur deux missions spatiales

Le 4 octobre 1957, l’Union soviétique plaçait sur orbite le premier satellite artificiel de la Terre (Spoutnik-1) et l’Humanité entamait une nouvelle page de son histoire. Depuis les Métamorphoses d’Ovide aux premiers pas de Neil Armstrong sur la Lune, l’exploration de l’espace a nourri les plus grands fantasmes de l’Homme.

Sommes-nous seuls dans l’univers ?

L’exploration spatiale permet de répondre à de nombreuses questions qui aujourd’hui encore restent sans réponse. Existe-t-il des exoplanètes capables d’abriter la vie sous une forme intelligente ? L’univers contient-il une autre planète habitable pour l’Homme ? Pour y répondre, il faut s’intéresser au phénomène de création des planètes et donc à leurs étoiles hôtes.

Etoiles et planètes se forment à partir du même milieu. De fait, leur évolution reste intimement liée. La mission PLATO (PLAnetary Transits and Oscillations of stars) a pour objectif d’approfondir notre connaissance de la formation et de l’évolution des systèmes planétaires, en particulier ceux ayant des caractéristiques proches du système solaire. Le satellite européen doit déterminer si notre système solaire constitue une exception ou si sa configuration est répandue dans l’univers. Prévu pour un lancement en 2026, la mission PLATO succède au projet COROT, arrêté en 2012, qui visait deux objectifs scientifiques : l’étude de la sismologie stellaire et la recherche de planètes extra solaires.

« La Terre est le berceau de l’humanité ; nul ne peut éternellement rester au berceau. »

Konstantin Tsiolkovsky

PLATO « quid est » ?

Développé par l’Agence spatiale européenne (ESA), PLATO est un satellite artificiel doté de 34 télescopes à très large champ permettant d’observer 50% de la voie lactée. Le télescope spatial déterminera avec une précision sans précédent les rayons, masses, âges, paramètres orbitaux des exo planètes dans la zone habitable et étudiera simultanément la sismologie de leurs étoiles hôtes.

Le satellite doit permettre de caractériser plusieurs milliers de planètes dont une grande proportion de planètes rocheuses de type Terre ou super Terre, notamment grâce à la méthode des transits. Cette approche photométrique permet de mesurer le rapport des rayons de la planète et de l’étoile, en mesurant la profondeur du transit sur la courbe de lumière.

Le Groupe Astek intervient auprès du LESIA (Laboratoire d’Etudes Spatiales et d’Instrumentation en Astrophysique) chargé de la fourniture du logiciel de vol des calculateurs bord. Les consultants Astek travaillent à la spécification logicielle, au développement des bancs de tests et développent en partie le logiciel de vol qui implémente les algorithmes capables de traiter les données des astres observées.

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Pourquoi aller dans l’espace ? Nous y sommes déjà.

Les ingénieurs systèmes du Groupe Astek interviennent également sur l’intégration, la validation, la vérification et la qualification de viseurs d’étoiles auprès de la PME française Sodern, spécialisée dans l’instrumentation optique, neutronique et spatiale. Sodern, filiale d’Ariane Group, a récemment décroché le contrat de fourniture des 1800 « viseurs d’étoiles » des 900 mini-satellites de la future constellation OneWeb. C’est 10 fois plus de satellites que le projet de téléphonie par satellite Iridium auquel participe le Groupe Astek.

Les viseurs stellaires s’apparentent aux « yeux » du satellite. Ce sont des caméras numériques sophistiquées qui identifient les étoiles de la voûte céleste et lui permettent de se repérer dans l’espace. Le viseur est un outil de navigation essentiel à l’exploitation et à la désorbitation de tous types d’engins spatiaux. Il correspond à la fonction « Capteurs » du Système de Contrôle d’Attitude et d’Orbite (SCAO) présenté ci-dessous :

L’attitude est un terme astronautique qui désigne l’orientation d’un véhicule spatial selon un repère tridimensionnel. Le contrôle d’attitude consiste à contrôler l’orientation et les mouvements d’un objet dans l’espace d’avant en arrière, de gauche à droite et autour d’un axe vertical.

Cela permet par exemple à un satellite de télécommunications de toujours avoir ses antennes tournées vers sa zone de couverture géographique.

OneWeb, un projet ambitieux et révolutionnaire

L’objectif de OneWeb est de démocratiser l’internet par satellite par la création d’un maillage de mini-satellites placés en orbite basse autour de la Terre. Le réseau ainsi créé garantit un accès internet haut débit (équivalent à la fibre optique) à tous et en tout point du globe.

Le projet met la filière française à l’honneur. Sodern est responsable de la fourniture des mini-viseurs d’étoiles, Airbus Group conçoit les mini-satellites et Arianespace s’occupe de leur mise en orbite avec les lancements prévus de 21 lanceurs Soyouz.

La création de 900 satellites représente un défi sans précédent pour l’industrie aérospatiale qui a dû adapter ses modes de production pour suivre le calendrier de la mission. Sodern a créé une nouvelle usine de production automatisée pour réaliser les mini-viseurs spécifiques aux besoins de la mission, réduisant leur coût par 50 et ramenant leur temps de production à 1 heure au lieu d’1 semaine pour un viseur d’étoiles traditionnel. De son côté, Airbus Group a conçu le design du satellite et a réalisé les 10 premiers exemplaires à Toulouse. Enfin, OneWeb s’occupera d’assembler le reste de la constellation depuis son usine californienne à raison de 4 satellites par jour.

1°) De quelle couleur est le Soleil ?

La lumière qui émane du Soleil est blanche. Le Soleil nous apparaît jaune parce que l’atmosphère de la Terre absorbe les longueurs d’ondes en commençant par le bleu qui colore notre ciel. Plus elle est épaisse, plus elle absorbe les couleurs du spectre visible, c’est pour ça que le Soleil nous parait très lumineux et de couleur blanche à son Zénith et qu’il tend vers le orange/rouge le matin et le soir.

2°) Le changement de saisons est influencé par…

L’inclinaison de la Terre (environ 23°). Son axe de rotation sur elle-même n’est pas parfaitement perpendiculaire à son plan orbital autour du soleil. En conséquence, selon la position occupée par la Terre par rapport au Soleil, la zone recevant les rayons solaires sera différente selon s’il s’agit de l’hémisphère Nord ou de l’hémisphère Sud. L’inclinaison de la Terre et sa révolution sur son orbite vont créer les saisons.

3°) Quel astronome a réalisé la première estimation précise de la circonférence de la Terre, à 1 000 kilomètres près ?

On pense souvent qu’il fallu attendre la Renaissance pour que l’Humanité découvre que la Terre était ronde. Force est de constater que de nombreux savants de l’Antiquité partageaient déjà cette conviction. C’est le cas d’Eratosthène qui estima sa circonférence à 39 390 kilomètres. Aujourd’hui, elle est estimée à 40 070 km.

Ci-dessous le schéma montrant l’incidence des rayons solaires qui permit à Ératosthène de mesurer le diamètre de la Terre. À midi le jour du solstice d’été, les rayons du soleil tombaient verticalement dans le puits de la ville de Syène, alors qu’à Alexandrie (au Nord), ils formaient un angle de 7,2° dans l’ombre d’une obélisque. En estimant l’arc du méridien passant par Syène et Alexandrie : 5 040 stades, on obtient la circonférence de la Terre par le calcul : 360° / 7,2° * 5040 = 252 000 stades. La valeur du stade égyptien est de 157,5 mètres environ, soit 252 000 * 157,5 = 39 390 kilomètres.

4°) Quel repère définit la limite entre l'atmosphère terrestre et l'espace ?

Situé à 100 km de la surface de la Terre, la ligne Kármán définit la limite entre l’atmosphère terrestre et l’espace. Cette frontière est abstraite car il n’y a pas de limite stricte au-delà de laquelle l’atmosphère terrestre n’existe plus. Cependant plus l’altitude augmente, moins l’atmosphère est dense. Theodore von Kármán calcula l’altitude à partir de laquelle l’atmosphère terrestre devient trop ténue pour des applications aéronautiques.

5°) Pourquoi ne pouvons-nous pas entendre les sons dans l’espace ?

Les ondes sonores requièrent de la matière pour se déplacer. Si le son ne se transmet pas à la même vitesse dans l’air et dans un milieu liquide, c’est justement car il n’ont pas la même densité. Tandis que l’air est composé de nombreuses particules élémentaires, l’espace en est presque dépourvu.

6°) Qui est le troisième homme à avoir marché sur la Lune ?

6 missions Apollo ont permis à l’Homme de marcher sur la Lune. Chaque équipage est composé de 3 membres, cependant seulement 2 astronautes participent à l’alunissage. Le 3ème homme reste à bord du module de commande en orbite autour de la Lune. Il faudra attendre la mission Apollo 12 et son commandant Charles Conrad pour qu’un 3ème homme marche sur la Lune.

7°) Pourquoi la Lune possède-t-elle une face cachée ?

La lune possède bien une face dite « cachée ». Si le satellite naturel de la Terre montre toujours la même face, c’est que sa période de révolution est égale à sa période de rotation autour de la Terre. Depuis la Terre, nous pouvons voir jusqu’à 59% de sa surface. Cela s’explique par des phénomènes de librations, dus à la course elliptique du satellite autour de la Terre, qui permettent de voir ses côtés. L’équipage de la mission spatiale Apollo 8 a pu observer la face cachée de la lune pour la première fois en 1968.

8°) A quelle vitesse se déplace la Station Spatiale Internationale ?

La bonne réponse était 27 600 km/h. 340 mètre m/s correspond à la vitesse du son dans l’air, 792 458 m/s correspond à la vitesse de la lumière et 0,0026 UA correspond à la distance Terre-Lune en Unité Astronomique (environ 384 400 km).