Tests sur la sonde BepiColombo à destination de Mercure
Publié par Adrien le 24/09/2018 à 00:00
Source: ESA

Simulation de la mission BepiColombo dans la salle de contrôle principale de l'ESOC à Darmstadt
C'est en juin 2018 que s'est déroulée une série de tests de la mission BepiColombo à destination de Mercure. A l'ESOC, le Centre européen d'opérations spatiales de l'ESA situé à Darmstadt (Allemagne). L'équipe de contrôle (Le mot contrôle peut avoir plusieurs sens. Il peut être employé comme synonyme d'examen, de vérification et de maîtrise.) de vol, constituée d'environ 80 personnes, a répété pendant plusieurs semaines de simulations les opérations de la phase (Le mot phase peut avoir plusieurs significations, il employé dans plusieurs domaines et principalement en physique :) de mise à poste de la sonde (Une sonde spatiale est un vaisseau non habité envoyé par l'Homme pour explorer de plus près des objets du système solaire et, pour certaines, l'espace qui est au-delà. Cela couvre à la...), et a également été confrontée à différents scénarios de panne.

Tout sur le test

La phase de simulation correspond pour l'équipe aux 4 heures (L'heure est une unité de mesure  :), 45 minutes ( Forme première d'un document : Droit : une minute est l'original d'un acte. Cartographie géologique ; la minute de terrain est la carte originale, au crayon, levée sur le...) et 5 secondes qui suivent le lancement. Les chiffres scintillent en vert (Le vert est une couleur complémentaire correspondant à la lumière qui a une longueur d'onde comprise entre 490 et 570 nm. L'œil humain possède un récepteur, appelé cône M, dont la bande passante est axée sur cette...) sur un panneau lumineux dans la salle de contrôle principale de l'ESOC. Quatorze hommes et femmes de l'équipe BepiColombo (La future mission BepiColombo sera la première mission d'exploration de l'ESA vers la planète Mercure, réalisée conjointement avec la l'agence d'exploration aérospatiale japonaise (JAXA). Programmée pour...) sont assis à leur poste ce matin de juin, concentrés sur les tableaux et les graphiques affichés sur leurs écrans et leurs ordinateurs portables. Un grand écran (Un moniteur est un périphérique de sortie usuel d'un ordinateur. C'est l'écran où s'affichent les informations saisies ou demandées par l'utilisateur et générées ou restituées par l'ordinateur, sous forme de texte et d'images...) sur le mur (Un mur est une structure solide qui sépare ou délimite deux espaces.) indique l'état de contrôle de l'antenne (En radioélectricité, une antenne est un dispositif permettant de rayonner (émetteur) ou de capter (récepteur) les ondes électromagnétiques.), du suivi, des liaisons montantes ou du traitement des données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent codée, d'une chose, d'une transaction d'affaire, d'un événement, etc.) du satellite (Satellite peut faire référence à :). Depuis la fin du mois (Le mois (Du lat. mensis «mois», et anciennement au plur. «menstrues») est une période de temps arbitraire.) de mai, l'équipe de la mission à destination de Mercure répète les premiers jours, depuis le lancement jusqu'à la fin de la phase de mise à poste du satellite (Satellite peut faire référence à :). Les choses deviennent en effet sérieuses: le 20 octobre, le lanceur ( Lanceur, terme de l'astronautique Lanceur, terme du baseball ) décollera avec sa précieuse cargaison (La cargaison (de l'occitan gascon cargar: charger) est l'ensemble des marchandises transportées. Le terme s'applique au transport de bétail mais ne s'applique pas aux passagers.) depuis le Port spatial de l'Europe (L’Europe est une région terrestre qui peut être considérée comme un continent à part entière, mais aussi comme...) situé à Kourou (Guyane) pour un voyage (Un voyage est un déplacement effectué vers un point plus ou moins éloigné dans un but personnel (tourisme) ou professionnel (affaires). Le voyage s'est...) de sept ans à destination de Mercure.

A la voir, Elsa Montagnon semble tendue. La Française, qui a étudié l'ingénierie (L'ingénierie désigne l'ensemble des fonctions allant de la conception et des études à la responsabilité de la construction et au contrôle des...) mécanique (Dans le langage courant, la mécanique est le domaine des machines, moteurs, véhicules, organes (engrenages, poulies, courroies, vilebrequins, arbres de transmission, pistons, ...), bref, de tout ce...) à Paris (Paris est une ville française, capitale de la France et le chef-lieu de la région d’Île-de-France. Cette ville est construite sur une boucle de la...) et à Munich, est à la tête de l'équipe de contrôle de vol, et supervise les simulations en cours. Elle travaille à l'ESOC depuis 1999 et a participé à la spectaculaire mission cométaire Rosetta. Depuis onze ans, elle prépare la mission BepiColombo en tant que responsable des opérations de vol. La mission interplanétaire de l'Agence spatiale européenne (L’Agence spatiale européenne (ASE) (en anglais European Space Agency : ESA) est une agence spatiale intergouvernementale fondée le...) coûte plus d'un milliard (Un milliard (1 000 000 000) est l'entier naturel qui suit neuf cent quatre-vingt-dix-neuf millions neuf cent quatre-vingt-dix-neuf mille neuf cent quatre-vingt-dix-neuf (999 999 999) et précède un milliard...) d'euros. "Nous voulons être absolument sûrs que tout est sous contrôle", d'où ces tests et cette préparation méticuleuse et minutieuse, justifie l'experte de l'ESOC.

Unique en son genre


BepiColombo
Le voyage vers Mercure que l'ESA et l'Agence spatiale (Une agence spatiale est un organisme d'État ayant pour but d'étudier l'Espace et de développer et gérer des programmes spatiaux) japonaise JAXA (L'agence d'exploration aérospatiale japonaise (en japonais ?????????? — uch? k?k? kenky? kaihatsu kik? —, souvent dénommée par sa traduction anglaise Japan Aerospace eXploration Agency, abrégée en JAXA) est...) entreprennent conjointement est l'un des plus exigeants jamais effectué lors d'une mission interplanétaire. BepiColombo comprend l'Orbiteur (Dans le domaine de l'astronautique, un orbiteur est un vaisseau satellisé autour d'une planète. Plus précisément, il est utilisé pour désigner :) d'étude planétaire (Un planétaire désigne un ensemble mécanique mobile, figurant le système solaire (le Soleil et ses planètes) en tout ou partie. Généralement les astres représentés...) de l'ESA (Mercury Planetary Orbiter (Orbiter est un simulateur de vol spatial réaliste, diffusé sous forme de graticiel (mais non open source), pour le système d’exploitation Windows, créé par le Dr Martin...) - MPO) qui explorera la surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois...) de la planète (Une planète est un corps céleste orbitant autour du Soleil ou d'une autre étoile de l'Univers et possédant une masse suffisante pour que sa gravité la maintienne en équilibre...), et l'Orbiteur magnétosphérique de la JAXA (Mercury Magnetospheric Orbiter – MMO) qui étudiera la magnétosphère (La magnétosphère est la région entourant un objet céleste dans lequel les phénomènes physiques sont dominés ou organisés par son champ magnétique.). Les deux satellites effectueront ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection d’objets (les éléments de l'ensemble), « une multitude qui peut être comprise comme un...) le long voyage vers la plus petite planète de notre Système Solaire (Le système solaire est un système planétaire composé d'une étoile, le Soleil et des corps célestes ou objets définis...), propulsés par un moteur ionique (Un moteur à ions est un moteur qui produit sa force de propulsion en projetant des ions à très haute vitesse.) spécial. Une fois en orbite (En mécanique céleste, une orbite est la trajectoire que dessine dans l'espace un corps autour d'un autre corps sous l'effet de la gravitation.) autour (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne à 31 espèces d'oiseaux qui, soit appartiennent au genre Accipiter, soit constituent...) de Mercure, ils se sépareront du module de transfert et rejoindront leurs orbites opérationnelles respectives, situées à des altitudes différentes – un profil de mission unique à ce jour (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la période entre deux nuits, pendant laquelle les rayons du Soleil éclairent le ciel. Son début (par rapport...). Mercure est la planète de notre Système Solaire la plus proche du Soleil (Le Soleil (Sol en latin, Helios ou Ήλιος en grec) est l'étoile centrale du système solaire. Dans la classification astronomique, c'est une...); les températures qui règnent à sa surface sont de l'ordre de 350 à 450°C, ce qui a nécessité de développer un nouveau revêtement protecteur spécialement pour la mission BepiColombo. Les scientifiques ont conçu un revêtement en céramique (Premier « art du feu » à apparaître (avant la métallurgie et le travail du verre), la céramique désigne l’ensemble des objets...) blanche plus épais que celui utilisé actuellement sur les satellites, qui vaut à la sonde d'être surnommée "le satellite blanc (Le blanc est la couleur d'un corps chauffé à environ 5 000 °C (voir l'article Corps noir). C'est la sensation visuelle obtenue avec un spectre lumineux continu,...)".

Les premières heures sont critiques


Elsa Montagnon
Les premières heures après le décollage (Le décollage est la phase transitoire pendant laquelle un aéronef passe de l'état statique - au sol - vers le vol.) et les trois premiers jours sont les moments les plus critiques de la mission ; Elsa les appelle "l'interface (Une interface est une zone, réelle ou virtuelle qui sépare deux éléments. L’interface désigne ainsi ce que chaque élément a besoin de...) entre le sol et l'espace". Tout doit fonctionner. Pendant sa rotation d'une durée de douze heures, l'équipe s'entraîne à tous ces processus en temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.) réel, en utilisant le même logiciel (En informatique, un logiciel est un ensemble d'informations relatives à des traitements effectués automatiquement par un appareil informatique. Y sont inclus les instructions de traitement, regroupées sous...) que celui programmé dans le satellite. "Nous testons tous les scénarios," assure Elsa. Ils commencent huit heures avant le décollage du lanceur qui emmène le satellite dans l'espace par de nombreux tests sur les données alors que l'ensemble est encore au sol. Ils simulent le décollage en lui-même et la séparation (D'une manière générale, le mot séparation désigne une action consistant à séparer quelque chose ou son résultat. Plus particulièrement il est employé dans plusieurs domaines :) du satellite de son lanceur, l'initialisation de la sonde dans l'espace, et le premier contact avec la salle de contrôle. "Quarante minutes après le décollage, nous devons recevoir un signal ( Termes généraux Un signal est un message simplifié et généralement codé. Il existe sous forme d'objets ayant des formes particulières. Les signaux lumineux sont...) envoyé par la sonde" explique Elsa. Le système de propulsion (La propulsion est le principe qui permet à un corps de se mouvoir dans son espace environnant. Elle fait appel à un propulseur qui transforme en force motrice l'énergie fournie par le milieu extérieur...) doit être vérifié, et il faut également contrôler que les panneaux solaires se sont déployés correctement. "Ce sont des étapes particulièrement délicates" dit-elle. Ce n'est que lorsque les panneaux solaires sont déployés et verrouillés à l'aide d'un petit moteur (Un moteur (du latin mōtor : « celui qui remue ») est un dispositif qui déplace de la matière en apportant de la puissance. Il effectue...) que le satellite est autonome, stabilisé et en sécurité. Il peut alors s'approvisionner en énergie solaire (L'énergie solaire est l'énergie que dispense le soleil par son rayonnement, directement ou de manière diffuse à travers l'atmosphère. Sur Terre, l'énergie solaire...). Ce sont ensuite les capteurs (Un capteur est un dispositif qui transforme l'état d'une grandeur physique observée en une grandeur utilisable, exemple : une tension électrique, une hauteur de mercure, une intensité, la déviation d'une...) d'étoiles, qui permettent de déterminer l'orientation (Au sens littéral, l'orientation désigne ou matérialise la direction de l'Orient (lever du soleil à l'équinoxe) et des points cardinaux (nord de la boussole) ;), et les roues (La roue est un organe ou pièce mécanique de forme circulaire tournant autour d'un axe passant par son centre.) à réaction, importantes pour le contrôle d'attitude, qui doivent être activés.

"Après huit heures nous passerons en mode normal" explique la responsable de l'équipe de contrôle de vol. Cette première étape est très intense pour l'équipe de contrôle, et ils ne peuvent souffler un peu que lorsqu'elle est terminée. Il reste pourtant encore à déployer les antennes pour les communications et vérifier le fonctionnement des propulseurs. La phase de mise à poste prend fin après trois jours. L'équipe de contrôle répète ces trois jours jusqu'à en connaître les moindres détails: les procédures nominales, les cas de pannes potentiels, les processus de décision et l'équipe, qui comprend près de cent experts dans les premiers jours de la mission.

Tests de pannes


Simulation BepiColombo, ESA-ESOC
Les première simulations se déroulent sans mettre la pression (La pression est une notion physique fondamentale. On peut la voir comme une force rapportée à la surface sur laquelle elle s'applique.) à l'équipe, mais ensuite c'est "Darmstadt, nous avons un problème". Les experts doivent être prêts à faire face à des défaillances, à la malchance et à des pannes. "Nous sommes actuellement dans la phase où seuls les problèmes rencontrés lors des essais ont été incorporés" commente Elsa. Il s'agit par exemple de défauts dans la sonde, de pannes techniques au niveau des stations sol, ou de la perte inattendue d'un membre du personnel. "Il se passe tout ce que nous sommes capables d'imaginer" dit-elle. Il y a même un spécialiste simulations qui réfléchit à toutes les difficultés possible pour l'équipe, et pour la mission, afin de trouver les points faibles et d'analyser les besoins. "C'est dans le cadre d'une panne que l'on se rend compte de ce qui est important et de ce qui ne l'est pas" explique Elsa. Son cauchemar (Le mot cauchemar est un terme générique utilisé de façon variable pour désigner des manifestations anxieuses et angoissantes...) personnel, ce serait que les panneaux solaires ne se déploient pas. Tant qu'ils ne fonctionnent pas, la sonde fonctionne sur batterie, avec une autonomie d'environ deux heures seulement. "Nous n'avons que très peu de temps". Ce scénario cauchemardesque ne peut pas survenir suite à une seule défaillance, il en faudrait une série. "Mais je serai nerveuse jusqu'à cet instant (L'instant désigne le plus petit élément constitutif du temps. L'instant n'est pas intervalle de temps. Il ne peut donc être considéré comme une durée.) lors de la phase initiale de la mission" admet-elle.

S'entraîner à la résistance à la pression

Les simulations permettent également de développer une résistance à la pression du temps, physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la « science de la nature ». Dans un sens général et ancien, la physique désigne la...) et psychologique. L'entraînement est difficile, "mais nous y sommes préparés" explique la responsable de l'équipe de contrôle de vol. Le modèle d'ingénierie, une copie du satellite réalisée en mars à l'ESOC à des fins de tests, aidera également. Il se trouve dans sa propre salle blanche au sein du Centre de contrôle (Un centre de contrôle, dans le domaine de l'astronautique, est une salle d'où sont coordonnées les actions qui concourent à l'accomplissement d'une mission spatiale telles qu'un lancement ou une...) à Darmstadt, où il est conservé à une température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et étudiée en thermométrie. Dans la vie...) fraîche. La partie logicielle, le cerveau (Le cerveau est le principal organe du système nerveux central des animaux. Le cerveau traite les informations en provenance des sens, contrôle de nombreuses fonctions du corps, dont la...) du satellite, est déployée et stockée sur des tables et dans des armoires. Ici aussi on simule par ordinateur (Un ordinateur est une machine dotée d'une unité de traitement lui permettant d'exécuter des programmes enregistrés. C'est un ensemble de circuits...) de manière réaliste les conditions rencontrées dans l'espace.

Les simulations de la mission BepiColombo se sont poursuivies jusqu'au mois de juillet. L'équipe a ensuite pris une pause estivale. "C'est nécessaire," explique Elsa Montagnon, "il n'est pas possible de tenir ce rythme". Et en effet, tout le monde (Le mot monde peut désigner :) souhaite être en pleine forme pour le début du vrai compte à rebours (De façon générale un compte à rebours est un décompte vers une fin connue. Il peut s'agir par exemple du compte à rebours des secondes avant un départ de course à pieds,...), prévu le 20 octobre.

Elsa Montagnon a effectué ses études d'ingénieur (« Le métier de base de l'ingénieur consiste à résoudre des problèmes de nature technologique, concrets et souvent complexes, liés à la conception, à la réalisation et à la mise en œuvre...) à l'École Centrale à Paris, et a participé à un programme de double diplôme (Le diplôme (grec ancien :δίπλωµα, diploma signifiant « plié en deux ») est un acte écrit émanant généralement d'un organisme...) avec l'Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche), sa conservation et sa transmission (études supérieures). Aux États-Unis, au moment...) technique de Munich (Allemagne) où elle a étudié pendant deux années. C'est en faisant un stage (Un stage est le plus souvent une période de formation, d'apprentissage ou de perfectionnement qui dure quelques jours à plusieurs mois dans un...) de courte durée à l'ESOC dans le cadre de ses études en Allemagne qu'Elsa a trouvé sa voie. Une fois ses études terminées, elle est entrée à l'ESA dans le cadre du programme Young Graduate Trainee qui permet aux jeunes diplômés d'obtenir une première expérience professionnelle de valeur dans le secteur aérospatial. Avant de rejoindre la mission BepiColombo, Elsa a travaillé au sein de l'équipe de contrôle de vol de la sonde Rosetta (Rosetta est une sonde spatiale conçue par l'Agence spatiale européenne (ESA), ayant pour objectif de récolter des informations sur la comète Churyumov-Gerasimenko.) pendant huit ans, et elle était responsable adjointe des vols à l'ESA pour l'atterrissage (L’atterrissage désigne, au sens étymologique, le fait de rejoindre la terre ferme. Le terme recouvre cependant des notions différentes suivant...) de Philae sur la comète (En astronomie, une comète est un petit astre brillant constitué de glace et de poussière du système solaire, dont l'orbite a généralement la forme d'une ellipse très...) 67P/Churyumov-Gerasimenko en novembre 2014.
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