Un instrument avancé de surveillance des rayons X testé pour l’espace à bord d’un CubeSat de l’ESA servira de charge utile opérationnelle de météorologie spatiale sur le satellite Space Weather Next Lagrange 1 de la National Oceanic and Atmospheric Administration des États-Unis, actuellement prévu pour un lancement en 2028, qui exploitera 1,5 million km de la Terre, surveillant les éruptions de notre soleil.
Fabriqué en Finlande, le moniteur de flux de rayons X a été lancé à bord du Sunstorm CubeSat – de la taille d’un gros livre de poche épais – par la fusée européenne Vega en août de l’année dernière.
Cette version simplifiée de l’instrument XFM à grande échelle, officiellement connu sous le nom de XFM-CS, a depuis amassé plus d’un an de données, observant des centaines d’éruptions de rayons X, des dizaines d’entre elles étant associées à l’apparition de masse coronale éjections (CME). Les CME sont d’énormes explosions impliquant des éjections pouvant atteindre un milliard de tonnes de plasma coronal du soleil à la fois, qui intensifient le vent solaire et sont les principaux moteurs de la météo spatiale.
« La surveillance des rayons X solaires dans l’espace est effectuée depuis longtemps, mais les instruments sont des moniteurs de flux à large bande, mesurant l’intensité globale des éruptions de rayons X », explique l’inventeur du concept XFM, Juhani Huovelin de la société finlandaise Isaware. .
« Notre conception XFM est différente car elle décompose également l’éruption en un spectre d’énergie, fournissant des informations précieuses sur les questions importantes encore inexpliquées concernant le lien entre les éruptions solaires et les CME. Notre expérience sur Sunstorm montre qu’il peut mesurer avec précision les spectres de très fortes éruptions, mais il est également suffisamment sensible pour détecter le spectre des rayons X d’un soleil presque au repos. »
Une grande éjection de masse coronale (CME) a été enregistrée par l’Observatoire solaire et héliosphérique (SOHO) le 30 août 2022. Le CME a heurté le vaisseau spatial Solar Orbiter de l’ESA alors qu’il effectuait un survol de Vénus. Crédit : ESA/NASA SOHO
Les CubeSats sont des nano-satellites dont la conception est basée sur des éléments cubiques standardisés de 10 cm. L’ESA les utilise pour fournir des essais en vol précoces pour une technologie européenne innovante, à travers l’élément Fly de son programme de technologie de soutien général (GSTP).
« Sunstorm montre la valeur de la démonstration en orbite », commente Camille Pirat de l’unité CubeSat Systems de l’ESA. « Son expérience de vol a prouvé que XFM est capable d’opérer dans l’espace et de répondre à ses spécifications de performances déclarées, aidant la version pleine grandeur de l’instrument à obtenir une place auprès de la NOAA, tout en produisant des données scientifiques de qualité. »
La version grandeur nature de XFM est environ quatre fois plus grande que XFM-CS, avec des détecteurs redondants et des ouvertures d’observation agrandies. Juhani ajoute : « Cet instrument doit répondre aux exigences de performances opérationnelles, ce qui signifie qu’il doit continuer à fournir des données seconde par seconde. XFM-CS est en orbite terrestre basse à 550 km d’altitude, et pendant près de la moitié de son orbite, il perd de vue le soleil, mais le satellite NOAA Space Weather sera positionné au point de Lagrange 1 du système soleil-Terre dans l’espace lointain, sans rien pour obscurcir la visibilité du soleil par XFM.
« XFM-CS est également protégé des radiations spatiales par le champ magnétique terrestre, nous avons donc pu utiliser des composants commerciaux moins chers. L’instrument grandeur nature a besoin de pièces qui fonctionneront et maintiendront leurs performances dans l’environnement de rayonnement difficile de l’espace lointain. «
Le concept XFM intègre une nouvelle technologie de détecteur à dérive de silicium qui a évolué à partir de la technologie à base de silicium appliquée pour la recherche en astrophysique il y a trois décennies par les membres de la même équipe finlandaise. Des versions antérieures ont été embarquées sur la mission Smart-1 de l’ESA vers la Lune – sujette aux « grandes tempêtes solaires d’Halloween » de 2003 lors de son voyage en orbite lunaire – et à bord de la mission BepiColombo vers Mercure, où l’instrument finlandais SIXS mesurera le X solaire -rayons et particules pour l’étalonnage des rayons X émis par la surface de la planète.
Sunstorm lui-même continue ses opérations, note Janne Kuhno de Kuva Space, le fabricant de Sunstorm : « Nous avons assemblé la plate-forme transportant l’instrument assez rapidement. Il doit être orienté vers le soleil bien sûr – et équilibrer cette exigence avec la gestion thermique d’une si petite plate-forme tournée a relevé un défi mineur, mais Sunstorm a bien fonctionné, comme en témoigne la quantité de données de niveau scientifique qu’il a produites. Après avoir démontré cette capacité, avec l’aide du GSTP de l’ESA, nous espérons continuer à contribuer à la météo spatiale de prochaine génération surveillance et construire un futur secteur spatial finlandais. »
XFM a été développé par ISAWARE avec Aboa Space Research Oy, Oxford Instruments Technologies et Talvioja Consulting.