C’est l’antenne qui retransmettra les premières images rapprochées du lointain astéroïde Dimorphos depuis que son orbite a été déplacée par une collision avec le vaisseau spatial DART de la NASA.
L’antenne à gain élevé de 1,13 m de diamètre de la mission Hera de l’ESA a fait l’objet d’une campagne d’essais d’une semaine au Compact Antenna Test Range, qui fait partie du centre technique ESTEC de l’Agence aux Pays-Bas.
Les parois métalliques du CATR isolent les signaux radio externes tandis que son intérieur doublé de mousse absorbe les signaux radio pour éviter les reflets et reproduire le vide de l’espace. Chaque session de test a duré plus de 10 heures, l’antenne étant tournée d’un degré à la fois pour créer une image à 360 degrés de la forme détaillée du signal de l’antenne.
« L’antenne à gain élevé est vraiment un élément crucial de notre mission – ce sera notre seul moyen de recevoir des données et d’envoyer des commandes avec le volume dont nous avons besoin, avec l’antenne à faible gain comme sauvegarde pour les communications d’urgence à faible débit de données », explique l’antenne Hera ingénieur Victoria Iza.
Paolo Concari, ingénieur système chez Hera, ajoute : » Couplée à un transpondeur innovant dans l’espace lointain, cette antenne fera également de la science à part entière. Le décalage Doppler de ses signaux en raison de légers changements de vitesse d’Hera lorsque l’engin spatial orbite Dimorphos sera utilisé pour dériver la masse et la forme de l’astéroïde. Mais pour que cette expérience radio-scientifique fonctionne bien, le signal de l’antenne devra rester stable dans le temps, ce qui signifie que l’antenne elle-même doit conserver sa forme géométrique très précisément.
L’antenne à gain élevé a été fabriquée par HPS en Allemagne et en Roumanie. La société vérifiait que les performances du test CATR de l’antenne répondaient aux exigences de la mission, en comparant les résultats aux données de radiofréquence simulées.
« Le réflecteur d’antenne est en fibre de carbone, ce qui le rend très stable et résistant aux températures extrêmes et aux contraintes environnementales générales », commente Fulvio Triberti de HPS. « Avec une masse totale de seulement 7,5 kg, il s’agit d’une version agrandie d’un modèle plus petit produit pour l’observatoire Euclid de l’ESA, qui fonctionnera à 1,5 million de km de la Terre. Mais l’antenne d’Hera devra couvrir des distances encore bien plus grandes qu’Euclid, transmettant et recevant jusqu’à plus de 400 millions de km. »
Située à l’extérieur du vaisseau spatial, l’antenne à gain élevé est particulièrement sensible aux accélérations lors du lancement et aux températures élevées et basses rencontrées dans l’espace. Pour une protection supplémentaire contre ces dernières, l’antenne volera recouverte d’un pare-soleil Kapton-Germanium qui fournit isolation thermique alors que les ondes radio peuvent encore le traverser.
Ainsi, dans une prochaine étape, l’antenne subira des tests de vibration à IABG en Allemagne, pour reproduire les contraintes de lancement, suivis de tests de « vide thermique » à AAC en Autriche, pour simuler des températures extrêmes. Puis l’antenne retournera au CATR au printemps prochain, afin de vérifier que ce test environnemental n’a pas détérioré ses performances radio-fréquence.
Ines Barbary, ingénieure en antennes, a dirigé la campagne de tests CATR : « Le défi pour nous a été le gain très élevé de l’antenne, ainsi que sa directivité étroitement focalisée – c’est un faisceau très étroitement focalisé avec des lobes latéraux bas. Nos signaux de test traversent moins de 2 m de notre antenne à l’antenne à gain élevé dans la chambre, mais notre logiciel spécialisé peut transformer les signaux comme s’ils parcouraient de grandes distances. »
L’antenne à gain élevé amplifie son signal plus de 4 000 fois pour atteindre la Terre, concentrée à seulement un demi-degré, de sorte que l’ensemble du vaisseau spatial se déplace afin de s’aligner sur son monde d’origine.
« C’est une sensation fantastique de voir le matériel de vol prendre forme comme ça », conclut Paolo. « Et toutes les personnes impliquées ont fait un excellent travail pour que cela se produise à temps, pour respecter notre calendrier de lancement en octobre 2024. »