Pour la première fois, deux vaisseaux spatiaux en orbite ont été alignés en formation avec une précision de millimètres et ont maintenu leur position relative pendant plusieurs heures sans aucun contrôle du sol.
La mission Proba-3 de l'Agence spatiale européenne a atteint son objectif ambitieux lorsque ses deux vaisseaux spatiaux, le coronagraphe et l'occulteur, ont parcouru 150 mètres de distance en formation parfaite, simulant un seul vaisseau spatial géant.
Plus tôt cette année, la première étape de la mission a été terminée avec succès. L'équipe des opérations, composée d'ingénieurs de l'ESA et de ses partenaires industriels collaborateurs étroitement, s'est réunie au European Space Security and Education Center de l'agence à Redu, en Belgique.
En utilisant un ensemble d'instruments de positionnement, ils ont pu aligner les deux vaisseaux spatiaux en formation et les surveiller en maintenant leur position relative de manière autonome.
Maintenant, à la suite de plus de finissures et de tests, l'équipe a atteint la précision souhaitée, faisant de Proba-3 la toute première mission de vol de formation de précision au monde.
La mission repose sur plusieurs technologies innovantes, dont beaucoup sont des démonstrations technologiques développées par le biais du programme de technologie de soutien général de l'ESA (GSTP). « Pour faire quelque chose qui n'a jamais été fait auparavant, nous devions développer de nouvelles technologies », note Esther Bastida Pertegaz, Proba-3 Systems Engineer.
« Le vol de formation est effectué lorsque les vaisseaux spatiaux sont à plus de 50 000 km au-dessus de la Terre », explique Raphael Rougeot, ingénieur des systèmes Proba-3.
« Ici, la traction de la gravité de la Terre est suffisamment petite, de sorte que très peu de propulseur est nécessaire pour maintenir la formation. Ensuite, la formation est brisée et doit être acquise à nouveau sur l'orbite suivante, dans un cycle répété. »
L'objectif ultime est que les deux vaisseaux spatiaux s'alignent avec le soleil afin que le grand disque de 1,4 m transporté par l'occulteur jette une ombre de 5 cm sur l'instrument optique sur le corongraphe, lui permettant d'étudier la faible corona solaire.
Teodor Bozhanov, ingénieur du système de vol de Formation, explique davantage: « L'initiation de cette séquence répétitive de formation de formation est effectuée par le centre de contrôle du sol, l'équipe d'opérations obtenant des informations de position pour déterminer l'emplacement exact des deux satellites dans l'espace. Les thrarders de la mission sont ensuite utilisés pour les rapprocher.
« Tout le reste est fait de manière autonome. Le vaisseau spatial mesure et contrôle leur position relative à l'aide du système basé sur visuel, qui comprend un appareil photo grand angle sur l'occulteur suivant un ensemble de lumières LED clignotantes sur le coronagraphe.
« Une fois que les satellites se rapprochent suffisamment les uns des autres, une caméra à angle étroit se verrouillant sur le même ensemble de lumières permet un positionnement plus précis. »
Raphael décrit la dernière étape nécessaire pour combler l'écart de précision: « Bien que nous ayons déjà pu effectuer des vols de formation en utilisant uniquement les systèmes basés sur la caméra à bord, il nous manquait toujours la précision souhaitée.
« Deux réalisations majeures ont été essentielles pour la déverrouiller. Tout d'abord, c'était l'étalonnage de l'instrument laser embarqué, et son intégration dans la boucle de vol de formation complète. »
« Cet instrument laser, appelé capteur latéral et longitudinal fin (FLLS), permet un positionnement relatif jusqu'à une précision millimètre », ajoute Jorg Versluys, Proba-3 Payloads Manager. « Il se compose d'un faisceau laser tiré du vaisseau spatial d'occulseur et reflété dans le rétroréflecteur du coronagraphe vers l'occulteur, où il est détecté. »
« La deuxième réalisation cruciale a été d'utiliser avec succès le capteur de position de l'ombre », poursuit Raphael. « Un algorithme embarqué basé sur la mesure de l'intensité de la lumière autour de l'ouverture du coronagraphe garantit que le vaisseau spatial du coronagraphe reste dans l'ombre coulée par le vaisseau spatial d'occultants. »
Esther note: « combinant tous ces capteurs, et grâce au logiciel embarqué gérant tous les systèmes de vaisseau spatial et fournissant des fonctions de navigation, de guidage et de contrôle, la formation est stable au-delà des attentes. »
Damien Galano, chef de projet Proba-3, conclut: « Nous parlons de la précision millimétrique à portée et de sous-millimétrie en position latérale. Nous avons hâte de voir l'achèvement de l'étalonnage de l'instrument et la première image traitée de la couronne du soleil. »
La mission Proba-3 est dirigée par l'ESA et assemblée par un consortium géré par le sentier espagnol, avec la participation de plus de 29 entreprises de 14 pays et avec des contributions clés de la défense et de l'espace Airbus en Espagne et Redwire et SpaceBel en Belgique.
L'instrument Coronagraph provient du centre spatial du Belgique (CSL) et les données scientifiques seront traitées par l'Observatoire royal de la Belgique. La mission a été lancée le 5 décembre 2024 sur un lanceur PSLV-XL du Satish Dhawan Space Center à Sriharikota, en Inde.
