Notre planète est continuellement baignée de signaux radio provenant de satellites de navigation, qui sont utiles pour bien plus que la simple navigation. Des missions spatiales dédiées acquièrent ces réflexions de signaux pour collecter des informations environnementales précieuses. Le PRETTY CubeSat, de la taille d’une boîte à chaussures, volera sur le prochain lanceur européen Vega, étudiera une nouvelle fréquence et un nouvel angle d’observation pour mieux mesurer le taux de changement climatique, tout en collectant des données de rayonnement sur son environnement spatial environnant.
La mission PRETTY, Passive REflecTometry and dosimeTrY, scrutera l’horizon pour recevoir les signaux des satellites du système mondial de navigation par satellite (GNSS) visibles juste au-dessus de lui. Deux antennes patch sur sa face avant capteront le même signal provenant du même satellite, ou plutôt un signal qui l’a atteint via l’espace et le signal équivalent qui s’est réfléchi sur la cryosphère ou les océans terrestres.
En utilisant une version très avancée de « repérer la différence », PRETTY comparera les deux signaux à bord pour déduire la hauteur des glaces et de la mer avec une précision d’au moins 50 cm à partir d’une altitude orbitale de 550 km.
Pendant ce temps, un dosimètre miniaturisé suivra l’exposition continue aux radiations du CubeSat, collectant des données qui contribueront à garantir la fiabilité et la durabilité des futurs petits satellites.
Données environnementales provenant du GPS réfléchi
L’ingénieur radiomètre de l’ESA, Manuel Martin Neira, a été l’inventeur original du concept de « réflectométrie » GNSS, activement utilisé aujourd’hui par de nombreuses missions à travers le monde pour acquérir des données de vent et de vagues basées sur l’altimétrie et la diffusimétrie à un coût relativement faible.
Il explique que PRETTY intègre quelques innovations importantes. « Les missions de réflectométrie existantes regardent directement vers le bas, mais une telle géométrie verticale donne lieu à une surface de la mer très agitée. En regardant vers le bas, la mer apparaît plus lisse, de la même manière que les stores vénitiens peuvent apparaître différemment ouverts ou fermés, selon les conditions. l’angle sous lequel vous les observez. Le résultat est que les signaux GNSS réfléchis restent à leur tour plus cohérents.
« De plus, PRETTY utilise pour la première fois une nouvelle fréquence GNSS, employant la longueur d’onde plus longue E5/L5 transmise par les satellites européens Galileo et GPS américains. L’équipe PRETTY a apporté ce changement tard dans le développement de la mission, guidée par le sol. des tests qui ont montré une précision supérieure en utilisant cette bande de fréquences.
Camille Pirat, ingénieur système au sein de l’unité CubeSat Systems de l’ESA et responsable technique de PRETTY, ajoute : « L’antenne sur mesure nécessaire à la réflectométrie dans E5/L5 permet également ce qu’on appelle la formation de faisceaux, une technique permettant à la charge utile de suivre activement et simultanément le rayonnement direct. et le signal réfléchi provenant des satellites GNSS, augmentant encore la portée de la démonstration technologique.
Équipe entièrement autrichienne
Financé par l’Autriche par le biais du programme technologique de soutien général de l’ESA, PRETTY a été développé par un consortium entièrement autrichien, avec Beyond Gravity Austria comme maître d’œuvre développant la charge utile de réflectométrie, les laboratoires Seibersdorf fournissant une charge utile de dosimètre de rayonnement et l’université technique de Graz servant d’intégrateur global du système. et l’opérateur.
« Beyond Gravity a travaillé avec Manuel pour développer le noyau de traitement de réflectométrie piloté par PRETTY dans le cadre d’un précédent projet de l’ESA », explique Andreas Dielacher, ingénieur système de l’entreprise.
« Ensuite, nous avons recherché une opportunité de vol. Au départ, nous espérions rejoindre la Station spatiale internationale ou bien embarquer à bord du OPS-SAT CubeSat supervisé par la TU Graz. Ensuite, le succès de l’OPS-SAT nous a amenés à envisager une mission dédiée CubeSat. En fait. PRETTY est devenu le tout premier CubeSat de Beyond Gravity. »
Calcul intensif
Les CubeSats sont de petits satellites bon marché construits à partir de boîtiers standardisés de 10 cm, hébergeant tous les systèmes nécessaires ainsi que les charges utiles de mission. Dans le cas de PRETTY, son cœur de traitement fonctionne en combinaison avec les antennes patch et une radio dérivée d’un logiciel, offrant une flexibilité supplémentaire pendant la phase de mise en service post-lancement.
« Nous utiliserons en fait deux méthodes pour corréler les signaux originaux et réfléchis », note Andreas Johann Hörmer, responsable de la mission à la TU Graz. « La première est la technique standard utilisant le code intégré dans le signal. La seconde consiste à utiliser les signaux satnav à plus haute fréquence eux-mêmes, en comparant directement leurs différentes phases de signal via une méthode appelée » interférométrie « .
« Cette dernière méthode est plus exigeante en termes de calcul, nécessite beaucoup d’énergie et produit de la chaleur perdue. Ceci étant, nous effectuerons généralement deux séances d’observation d’une demi-heure maximum chacune par jour, en nous reposant entre-temps pour transmettre les résultats à notre sol. stations et permettre à la chaleur de se dissiper. Et généralement, nous observerons pendant le crépuscule ou la nuit locale. Éviter la chaleur du soleil donne à notre récepteur un meilleur rapport signal/bruit.
Un consortium scientifique attend d’utiliser les données altimétriques et diffusimétriques de PRETTY, coordonné par l’Université norvégienne des sciences et technologies.
Andreas Dielacher ajoute : « Pour moi, les endroits les plus intéressants à observer sur le plan scientifique seront les pôles, car c’est là que nous verrons probablement le plus de changements dans la hauteur de la surface au cours de la durée de vie prévue d’un an de la mission, bien que en pratique, nous espérons continuer plus longtemps. »
Mappeur de rayonnement
La charge utile secondaire de PRETTY est un dosimètre miniaturisé pour le rayonnement spatial, SATDOS, qui fonctionnera tout au long de sa mission pour fournir une carte faisant autorité de l’orbite terrestre basse. Son développeur, Seibersdorf Laboratories, est spécialisé dans les tests de durcissement des composants de satellites. SATDOS mesurera diverses influences des rayonnements sur les systèmes satellitaires, depuis les « effets d’un événement unique » transitoires jusqu’aux effets de « dose ionisante totale » qui annulent progressivement la fiabilité globale du système.
Christoph Tscherne, chef de projet PRETTY chez Seibersdorf Laboratories, commente : « L’analyse des effets des rayonnements observés à l’aide de SATDOS nous permet de faire des évaluations éclairées de la météo spatiale en cours et de la fiabilité de l’électronique des satellites, contribuant ainsi à la durabilité des futures missions spatiales, en particulier des plus petites. »
PRETTY a été soutenu par le biais de l’élément Fly du GSTP de l’ESA, visant à permettre des tests spatiaux précoces de technologies innovantes.
« Notre équipe a certainement beaucoup appris en travaillant avec l’équipe CubeSat de l’ESA », déclare Andreas Johann Hörmer. « Nous disposons de nombreuses connaissances sur lesquelles nous pourrions nous appuyer dans toutes sortes de domaines, y compris toutes les choses qui pourraient mal tourner et comment les résoudre. »
Avec ses principales charges utiles de satellite, le vol Vega VV23 de cette semaine transporte plusieurs CubeSats, dont le Proba-V Companion CubeSat de l’ESA testant la capacité d’un nanosatellite pour l’observation de la Terre ainsi que plusieurs missions effectuées dans le cadre du programme de démonstration/validation en orbite de la Commission européenne.