Deux grandes nouveautés pour SpaceX


Vous savez sûrement déjà que SpaceX arrive à récupérer les premiers étages de ses fusées mais saviez-vous que l’agence a de nombreux autres plans ? Le plus gros de leur projet est évidemment la colonisation de Mars mais ce genre de mission coûte extrêmement cher : c’est pour cela que SpaceX cherche à réutiliser un maximum de leurs fusées, pour tenter d’abaisser le coût de l’accès à l’espace. Le 23 février 2018, lors du quatrième vol de la compagnie en 2018, deux nouveautés ont été testées pour simplifier le but ultime de celle-ci. Savez-vous lesquelles ?

Paz, le satellite principal du vol

Vue d’artiste du satellite Paz déployé. Crédits : Hisdesat

Avant de parler de ces deux sujets, il est important de présenter la charge utile principale du vol : le satellite espagnol Paz (qui signifie Paix). Ce satellite est opéré par Hisdesat qui l’a commandé à la société Airbus Defence and Space (Airbus DS). C’est cette compagnie qui s’est chargée de la construction entière du satellite hexagonal de 5m de long et 2,4m de diamètre. Outre Hisdesat, c’est aussi le gouvernement espagnol qui pourra profiter de ce dernier pour assouvir ses besoins en défense et sécurité et les données seront aussi vendues dans un contexte d’utilisation commerciale. L’architecture globale de Paz reprend celle de TerraSAR-X et TanDEM-X : deux satellites utilisés par la DLR (agence spatiale allemande) qui avaient été commandés à Airbus DS.

Séparation du satellite une fois en orbite. Crédits : SpaceX

Le satellite pèse un total de 1341kg à plein dont 59kg de carburant. Il est alimenté en électricité par ses panneaux solaires collés sur une face de Paz pour une surface totale de 5,25m². Une fois cette énergie produite, elle est stockée pour la nuit dans des batteries Li-Ion de 108Ah (pour comparaison, une batterie de smartphone ne contient que 1Ah en moyenne). Le satellite est également équipé de nombreux systèmes pour contrôler son attitude, c’est-à-dire son orientation. Dans ceux-ci, on trouve des micropropulseurs utilisant de l’hydrazine (RCS), des roues à réaction, des magnéto-coupleurs utilisant le champ magnétique terrestre pour s’orienter : un système plutôt complet. A cela s’ajoutent des capteurs stellaires pour détecter l’orientation dans laquelle se trouve Paz, couplé à un GPS et des magnétomètres. Enfin, le satellite est équipé d’un système de régulation thermique qui évite sa dégradation à cause des rayonnements solaires ou du froid spatial. Tous ces systèmes qui sont finalement nécessaires au bon fonctionnement de la charge utile de Paz lui assure une vie d’au moins 7 ans en sachant que la mission devrait en durer 10.

Vues avant et arrière de l’instrument PAZ-SAR. Crédits : Eoportal

Paz a trois objectifs : cartographier la Terre, guider les bateaux et étudier l’atmosphère. C’est l’outil PAZ-SAR qui va s’occuper de la partie imagerie. Cet instrument utilise des ondes radar pour observer notre belle planète quelle qu’en soit la météo et peu importe l’heure. Le fonctionnement d’un tel système est assez simple : dans un premier temps, une antenne (qui est composée de 12 panneaux pour PAZ-SAR) envoie vers la Terre des ondes radar (X-Band) d’une fréquence de 300MHz (votre wifi utilise du 2400MHz ou 5800MHz, à tire d’exemple). Cette première antenne va en quelque sorte éclairer la surface pour qu’une seconde antenne, plus petite, puisse « photographier » la Terre. Si on voulait reproduire cette mécanique avec de la lumière visible, on enverrait un énorme spot lumineux en orbite, ce spot éclairerait la surface et un appareil photo prendrait une image du sol. L’avantage des ondes radar, outre le fait de ne pas gêner les populations, est qu’elles requièrent moins d’énergie pour être produite car leur fréquence est plus faible (un demi-milliard de fois plus faible). Qui plus est, ces ondes radar, si elles sont bien utilisées, peuvent permettre d’observer la surface à travers les nuages et même dans certains cas quelques mètres sous le sol. PAZ-SAR peut ainsi prendre trois types d’images différentes : 10km x 5km avec une résolution de 1m ; une bande de 100km avec une résolution de 15m ; une bande de 30km avec une résolution de 3m. Paz va principalement utiliser le sonde mode d’imagerie appelé SAR (d’où le nom de l’instrument) et compte en prendre plus de 200 par jour.

Ce satellite espagnol sert également de relais aux navires maritimes en faisant parti de la constellation ExactEarth. C’est la charge utile AIS (Système d’Identification Automatique) qui lui permet de remplir cette fonction de guide. En utilisant ce système, Paz deviendra le premier satellite jamais construit qui utilise à la fois le système AIS et le système SAR. En effet, le fait de combiner les deux permet également d’améliorer les données AIS car le radar SAR peut également détecter des bateaux mais au prix d’une difficulté : l’association des données. Effectivement, si le SAR peut détecter les bateaux et mesurer leur vitesse ainsi que leur direction, il aura du mal à identifier le navire en question. Les ingénieurs ont donc dû trouver une solution pour que la combinaison des deux systèmes puisse avoir un effet positif en pouvant assimiler les données SAR aux données AIS.

Pour finir, Paz contient un instrument scientifique nommé ROHPP pour Radio Occultations and Heavy Precipitation with Paz. Le principe de cet outil est d’utiliser les satellites GNSS (GPS, Galileo, Glonass, BeiDou, etc) pour étudier l’atmosphère terrestre. En effet, lorsque les ondes de différents satellites de géo positionnement traversent l’atmosphère, les gouttelettes d’eau vont interférer avec le signal et ainsi le dévier. De cette manière, Paz pourrait recevoir des signaux qu’il n’est pas censé capter. L’outil ROHPP va donc analyser ces données et suivant la position des satellites GNSS, pouvoir déduire le taux d’humidité de l’atmosphère, sa pression et d’autres paramètres. Ces derniers permettent, en nous donnant un meilleur modèle de cette couche d’air protectrice, d’améliorer les prédictions météorologiques et de réduire les probabilités d’erreur. Cette méthode permet donc d’étudier l’atmosphère terrestre à différentes altitudes tout en restant en orbite terrestre. Elle est aujourd’hui de plus en plus utilisée sur les nouveaux satellites et notamment les CubeSats.

Paz a donc plusieurs objectifs qu’il devra effectuer pendant une dizaine d’années depuis son orbite héliosynchrone de 515km. Ce satellite espagnol a également une longue histoire qui a finalement abouti sur un lancement. En effet, Paz aurait dû être lancé en 2013 à bord d’une fusée russe Dnepr. Cependant, cette fusée ne fait quasiment plus de lancements car les missiles desquels elles proviennent nécessitent des pièces ukrainiennes (Dnepr avait commencé son service pendant l’URSS). Hisdesat devait donc trouver un nouveau lanceur et là deux propositions s’offrent à la compagnie : Arianespace avec Soyuz ou SpaceX avec Falcon 9. C’est finalement SpaceX qui l’emporte !

Starlink, deux satellites qui marquent le début d’une aventure

Séparation des deux satellites Tinitin A et B. Crédits : Elon Musk

Paz n’a pas été le seul passager de ce vol car ce sont également deux satellites Starlink qui sont partis : Tintin A et B. La constellation Starlink est un autre projet fou de SpaceX qui vise à placer en orbite pas moins de 12 000 satellites pour fournir un accès Internet haut débit et peu cher dans le monde entier. Cette méga-constellation compterait 4400 satellites sur une orbite de 1 100km et plus de 7000 sur une orbite très basse (300 à 350km d’altitude). Ces deux orbites permettraient à Starlink de fournir un accès constant au sol.

Sur ce vol, ce sont donc les deux premiers prototypes qui ont décollés. Ces unités pèsent environ 400kg chacun et ne sont pas forcément représentatifs des futurs satellites de la constellation. Comme on peux le voir sur l’image ci-contre, Tintin A et B ont été placés de part et d’autre d’un cylindre qui permet de les maintenir jusqu’à leur séparation. Le satellite Paz était positionné juste au-dessus de ce plot.

Tintin A et B de part et d’autre de leur cylindre avant le lancement. Crédits : SpaceX

En effet, SpaceX prévoit d’envoyer la majeure partie de ses satellites Starlink à bord de vols commerciaux. Cela permet de les envoyer sans frais supplémentaires car le vol est payé par le contrat et le fait de rajouter ces objets ne fait que remplir l’espace vide dans la coiffe.

Starlink représente un enjeu très important pour SpaceX. Le but de cet accès internet serait de financer en partie le projet de colonisation martienne de l’agence. SpaceX avance déjà très vite et d’après Elon Musk, leur seule limitation est le financement. Ce « bonus » pourrait donc permettre un voyage vers la planète rouge avant les années 2030, selon les standards calendaires de M. Musk que l’on ne manquera pas de nuancer. Il ne faut pas oublier que les premiers vrais satellites de Starlink ne seront envoyés qu’à partir de l’année prochaine. Pour l’instant peu d’informations sur ce projet sont dévoilées mais on espère en apprendre plus dans quelques mois.

Une coiffe récupérée ?!

Et oui ! SpaceX a accompli un nouveau succès en réussissant à récupérer la coiffe de ce vol. La mission Paz était la première utilisation de la coiffe 2.0 de la Falcon 9, qui a pour but d’être réutilisée. Encore une fois, cette mission aurait un avantage considérable car une coiffe entière coûte près de 6 millions de dollars pour SpaceX. La manière qu’utilise l’agence pour faire ré-atterrir ses coiffes et assez originale et ingénieuse.

A gauche une coiffe 1.0, à droite une coiffe 2.0. La seconde est légèrement plus grande mais surtout réutilisable. Crédits : NASASpaceflight

Des réservoirs d’azote liquide sont placés à l’intérieur de la coiffe. Ces derniers, via des micropropulseurs à l’extérieur, permettent un contrôle de l’attitude pendant la rentrée atmosphérique, comme pour le premier étage. Une fois la rentrée effectuée, un parachute est déployé. Cependant, ce parachute est très différent de ceux utilisés normalement pour des capsules spatiales : il est ici rectangulaire et non pas circulaire, s’apparentant davantage à un parapente. Ce type de voile est notamment utilisée pour les sauts acrobatiques en parachutes depuis un avion. En effet, contrairement à leurs cousins circulaires, les parachutes rectangulaires peuvent être dirigés. Et bien la coiffe 2.0 de SpaceX utilise exactement ce système mais pour aller où ?

La cible des coiffes est le bateau Mr. Steven de SpaceX. Ce bateau de plus de 60m de long est équipé d’un grand filet sur le pont arrière pour amortir l’atterrissage des demi-coiffes. Ce vol du 23 février était donc le premier test de cette récupération.

Bateau Mr. Steven avec son filet à l’arrière. Crédits : Elon Musk

La rentrée atmosphérique s’est très bien passée, le parachute s’est ouvert correctement mais la demi-coiffe s’est posé dans l’eau à quelques centaines de mètres de Mr. Steven. Les techniciens à bord du bateau ont ensuite pu récupérer cette demi-coiffe visiblement en très bonne état et la ramener au port pour des analyses approfondies. L’autre moitié de coiffe quant à elle s’est écrasée plus violemment et a perdu sa forme arrondie pour adopter une forme… plus plate. Il est désormais question d’utiliser un parachute plus grand pour ralentir le vol de la coiffe et garantir une meilleure précision.

Finalement ce nouveau vol de SpaceX est encore une fois un succès total sur sa mission principale et la compagnie a pu tester deux grandes nouveautés : Starlink et la récupération des coiffes. Comme les derniers vols de Falcon 9, le premier étage était ici réutilisé (il avait déjà volé pour Formosat-5) mais n’a pas été récupéré à nouveau. En effet c’est un ancien Block 3 et les nouveaux Block5 entrent dans les dernières phases de test car le premier allumage statique se fera à McGregor dans quelques semaines.

Pour le plaisir des yeux, voici quelques photos relatives au vol ainsi qu’un descriptif des évènements. Et n’oubliez pas, comme d’habitude, pour commenter cet article cela se passe directement sur notre Forum !

 

Pas de tir SLC-4 vu par les satellites Deimos 2. Avec l’autorisation de Deimos Imaging, an UrtheCast Company

Décollage depuis le pas de tir SLC-4E. Crédits : SpaceX

 

Condensation de la vapeur d’eau derrière la fusée à cause de la pression sur celle-ci. Crédits : Spa

Moitié de coiffe retombant derrière le second étage. Crédits : SpaceX

Sources : SpaceX, Elon Musk, Eoportal, NASASpaceflight, FETSpace

Jeune lycéen de 15ans.
Rédacteur actu spatiale officiel de KSC.