Publié le 05.04.2023

Nanosatellites, des objets volants miniaturisés

Observatoires en orbite en communication avec la Terre, les satellites artificiels bénéficient de la miniaturisation des composants. Les nanosatellites ouvrent la voie à une dimension nouvelle du spatial.

Crédits :
Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines

Les nouvelles technologies au service des nanosatellites

Qu'est-ce qu'un nanosatellite ?
Un nanosatellite est un satellite de petite taille composé d’un ou plusieurs cubes de 10 cm de côté. Issu de la miniaturisation des technologies, son format réduit pesant entre 1 et 10 kg, permet de rationaliser les coûts. Des dimensions qui sont néanmoins suffisantes pour réaliser les fonctions essentielles du satellite : communication, électronique, navigation, etc.

Le lancement d'un nanosatellite a pour objectifs de :

  • réduire les coûts des missions à partir d'objets légers moins énergivores
  • faciliter l'observation scientifique
  • intégrer la pédagogie avec la formation d'étudiants doctorants et internationaux.

Le développement de nanosatellites revêt une forte dimension pédagogique en impliquant les chercheurs et étudiants. Ces projets de grande ampleur qui peuvent aboutir à court terme (entre 2 et 5 ans), permettent aux équipes de travailler à la fois sur la théorie et la pratique. Cette expérience professionnelle est valorisée : les étudiants œuvrent sur un projet concret, les ingénieurs voient voler les objets qu'ils ont conçus.

Une science remarquable peut être réalisée avec de petits systèmes spatiaux. 

Mustapha Meftah, astrophysicien et spécialiste des relations soleil atmosphère, à l'OVSQ

Pour renforcer leurs performances, les nanosatellites sont conçus pour former des constellations, ce qui leur permet de couvrir les objectifs scientifiques ambitieux de la mission. Ainsi, les vols de satellites en formation sont capables de transmettre des mesures à la fois précises, homogènes et globales.

Les projets miniaturisés et moins onéreux sont aussi plus rapides à mettre en place. Ils sont portés par ce que l'on appelle le New SpaceCe renouveau du modèle économique spatial s'est développé depuis 20 ans à travers les innovations technologiques. Des acteurs innovants y ont fait leur apparition à l'instar des entreprises privées : SpaceX créée par Elon Musk ou Blue Origin par Jeff Bezos. Des entreprises qui travaillent au développement d'un accès bas coût et grand public de l'exploration spatiale.

Le New Space ("Nouvel Espace" en français ou "spatial entrepreneurial") est une philosophie liée à l'émergence d'une industrie spatiale d'initiative privée. En 1998, la loi américaine a donné la possibilité d'employer les lanceurs d'entreprises privées américaines pour ses programmes spatiaux. Le but étant alors de maintenir l'avance technologique des États-Unis accumulée au cours de la Guerre froide.

Inspire-Sat 7 : mise en orbite d’un nouveau nanosatellite français

Inspire-Sat 7 est un nanosatellite français conçu pour observer le soleil et la terre. Deux fois plus grand qu’un Rubik’s Cube 4x4, il pèse environ 2 kg et est constitué de "Cubesat" (ou unités). Inspire-Sat 7 est également doté de multiples capteurs miniaturisés, pour mesurer des variables climatiques essentielles et tester de nouveaux dispositifs technologiques. Il sera mis en orbite basse, c'est-à-dire à environ 500 km de la Terre, depuis le lanceur américain Falcon9 de SpaceX.

Le 11 avril 2023, Inspire-Sat 7 va aller à la rencontre d’un autre satellite, UVSQ-Satmis en orbite le 24 janvier 2021. 

Nanosatellite Inspire-Sat 7
Crédits :
Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)

Nanosatellite Inspire-Sat 7

Pourquoi un lanceur américain ?

La mission Inspire-Sat 7,  impliquant des acteurs français, sera lancée par une fusée SpaceX Falcon9 depuis la base de Vandenberg, en Californie.

Le lanceur américain SpaceX a été retenu en raison de la régularité des vols qu'il effectue (chaque semaine) et de sa fiabilité, pour la réussite du projet.

Quelle mission pour Inspire-Sat 7 ?

A travers le lancement d'Inspire-Sat 7, les objectifs poursuivis sont :

  1. répondre à des questions scientifiques ;
  2. développer de nouveaux éléments technologiques pour préparer les missions ;
  3. approfondir la composante pédagogique.

Le nanosatellite va communiquer ses mesures avec le laboratoire grâce à une station au sol, fonctionnant par fréquence radio.

Les nano-satellites UVSQ-SAT, INSPIRE-SAT 7 et d’autres missions CubeSats de nos instituts changent le paysage des systèmes d’observation de la Terre, mais aussi de la recherche fondamentale. Nous avons aussi à notre disposition un outil pédagogique puissant 

Mustapha Meftah, astrophysicien et spécialiste des relations soleil atmosphère, à l'OVSQ

Observation du climat et de la Terre

Afin d'appréhender les enjeux environnementaux et le changement climatique, l’observation de la Terre est essentielle. 

L’approche des chercheurs s’articule donc autour de la modélisation du système climatique et du développement d'instruments nécessaires à son observation.

Créé par les équipes du CNRS LATMOS (Laboratoire Atmosphères, Milieux, Observations Spatiales), l'UVSQ et Sorbonne Université, le projet implique une étroite collaboration entre les nombreux partenaires académiques nationaux et internationaux, l’ONERA ainsi que des industriels franciliens.

Lancement du nanosatellite

Pour suivre le lancement en direct du nanosatellite Inspire-Sat 7 depuis Vandenberg en Californie, rendez-vous mardi 11 avril 2023 à partir de 08h30 sur la chaîne Youtube du LATMOS.

Interview de Mustapha Meftah, astrophysicien au LATMOS

Nous avons rencontré Mustapha Meftah, astrophysicien et spécialiste des relations soleil atmosphère. Depuis le centre de contrôle de commande satellite, à l'Observatoire Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (OVSQ), il prépare le lancement d'Inspire-Sat 7, collecte et analyse avec ses équipes les informations transmises par le nanosatellite UVSQ-Sat.

Mustapha Meftah travaille au sein du LATMOS depuis 2009. Il a obtenu la médaille de l'Académie de l'Air et de l'Espace 2022 pour le succès de la filière de nanosatellites scientifiques New Space.

A l'occasion du lancement du nanosatellite français Inspire-Sat 7, mardi 11 avril 2023, nous avons rencontré Mustapha Mefta, astrophysicien au sein du CNRS LATMOS et spécialiste des relations soleil atmosphère. Depuis le centre de contrôle de commande satellite, à l'Observatoire Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (OVSQ) situé à Guyancourt, il prépare avec ses équipes le lancement d'Inspire-Sat 7, collecte et analyse les informations transmises par le nanosatellite UVSQ-Sat, mis en orbite en 2021.

"À partir du mois d'avril 2023, Inspire-Sat 7 va être mis en orbite par un lanceur de la société SpaceX. Son objectif ? C'est, il y a trois grandes composantes. 1. c'est répondre à des questions scientifiques clés, 2. c’est développer de nouveaux éléments technologiques pour préparer les futures missions et trois pousser la composante pédagogique.

Mustapha Meftah, je travaille au LATMOS. Je suis porteur d’un programme petits satellites dédiés à l'observation de la terre et du climat et je suis astrophysicien et docteur en géosciences. Un nanosatellite, c'est un assemblage de petits cubes. On part initialement sur un format qui est un Cubesat. Un Cubesat, c'est un volume de dix centimètres par 10 cm par 10 cm qui fait environ, qui pèse à peu près un kilogramme et qui va consommer environ un watt. Quand on va assembler ces différents cubes, on va former un nanosatellite.

La démarche initiale, c'était d'utiliser ces vecteurs pour pouvoir former des étudiants, notamment former les étudiants aux métiers de demain, à la recherche et aussi au spatial. Aussi former des doctorants et échanger des étudiants entre pays. On met aussi en place un programme scientifique où l’on pousse une idée de recherche pour pouvoir atteindre des objectifs scientifiques pour répondre à des questions clefs.

Là, en direct on suit l'évolution et la position du satellite. Donc on voit actuellement qu'il est à l'ouest de l'Australie, donc il suit son orbite. Il va se diriger vers la partie nord. Et puis au bout d'un certain temps, il va repasser ici, chez nous, au niveau de la France. On l'attend en général en fin de soirée. Et puis en général, nous avons environ 4 à 6 passages par jour au-dessus de la France. Le satellite ne peut déverser ses données que lorsqu'il se situe au niveau de la zone où nous récupérons les données. On a une multitude d'autres paramètres qui sont récupérés. C’est ce qui s'appelle les observables du satellite pour vérifier sa bonne santé. En permanence, une des premières opérations, c'est de vérifier l'état de bonne santé du satellite. On vérifie là où il est situé en termes de latitude et de longitude, mais aussi son altitude.

Là, c'est un exemple de satellite sur lequel on est en train de réfléchir ça a une dimension un peu plus grande. Voyez, on est à 6 unités et donc un spectromètre à échelle une qui a été embarqué à bord de la Station spatiale internationale pour mesurer l'éclairement solaire. On a ici un équivalent qui est miniaturisé pour pouvoir faire des choses similaires. Mais l'idée, c'est d'arriver à quelque chose de plus petit, plus compact.

5, 4, 3, 2, 1, 0... La fusée va partir et au bout d’un certain temps, en général, au bout d'1 minute 30, on va atteindre ce qu'on appelle le Qmax. C'est le moment où la poussée, la vitesse devient très très importante. Le système va continuer sa mise en orbite et à un moment, on va avoir la séparation entre le premier étage et le deuxième étage d'une fusée. Ensuite, ce dispositif va continuer son envol. On va avoir une séparation de la coiffe. Des éléments de coiffe vont se séparer et ensuite, on aura une vue directe sur les différents satellites. Chaque satellite va se trouver un moment dans un éjecteur et va devoir à un moment être éjecté. Ici, on a un exemple de déployeur de satellite.
Une fois qu'on a réalisé et développé notre satellite ici, c'est un exemple pour un satellite un peu plus gros qui fait six unités.
On vient l’intégrer à bord de l’éjecteur de satellite. On vient le verrouiller et à un moment, quand il sera dans l'espace au niveau de la coiffe, on va avoir des boulons pyrotechniques qui vont être déverrouillés. Et puis le satellite va être éjecté. Une des premières opérations et étape c'est de déployer des antennes pour communiquer avec lui et ensuite le stabiliser, le stabiliser pour ralentir sa rotation."