Dans sept ans, en avril 2031, la mission Juice de l’ESA survolera Callisto, la lune de Jupiter, offrant aux scientifiques un aperçu alléchant du monde extraterrestre mystérieux et cratérisé.
Cela peut paraître lointain, mais dans le monde des opérations spatiales, il n’est jamais trop tôt pour commencer à se préparer.
Les équipes du centre d’opérations de mission ESOC de l’ESA en Allemagne ont récemment « trompé » le modèle d’ingénierie de Juice en lui faisant croire qu’il était déjà à Callisto afin de mettre à l’épreuve le logiciel de navigation autonome de la mission.
Lorsque Juice arrivera à Callisto, le retard de communication important entre la Terre et le système Jupiter signifiera qu’il ne pourra pas se permettre d’attendre une réponse du contrôle de mission en cas de problème.
Bien que nous ayons une bonne idée de l’endroit où se trouvera Callisto en avril 2031, nous ne connaissons pas sa position avec suffisamment de précision pour garantir que la trajectoire de Juice le fera traverser le champ gravitationnel de Callisto exactement de la bonne manière pour l’aligner parfaitement pour une haute précision. mesures scientifiques.
Dans le temps nécessaire pour envoyer et recevoir des messages entre Jupiter et la Terre, la direction dans laquelle Juice pointe ses instruments de télédétection pourrait dévier si loin de sa trajectoire que la science pourrait être manquée et les objectifs clés de la mission pourraient être affectés.
Même un petit écart pourrait être terrible pour la science, car certains instruments de Juice doivent être pointés vers des régions spécifiques de Callisto à une infime fraction de degré afin d’effectuer leurs mesures.
« Nous avons besoin que Juice soit capable de réagir avec ses propres « yeux » et son propre « cerveau », déclare Ignacio Tanco, directeur des opérations aériennes de Juice. « Lorsque Callisto apparaît dans le champ de vision de sa caméra de navigation, elle doit être capable d’identifier les caractéristiques importantes de la surface de la Lune, de se faire pivoter pour pointer ses instruments vers elles, puis de continuer à tourner pour les garder en vue pendant son survol. « .
Les équipes de l’ESA pilotent des vaisseaux spatiaux vers de nouvelles destinations passionnantes à travers le système solaire. Pour s’entraîner à des activités importantes et aider à diagnostiquer et à résoudre les problèmes rencontrés par les vaisseaux spatiaux à des millions de kilomètres, ils utilisent une réplique unique en son genre qui reste sur Terre. Ce « modèle d’ingénierie » est une copie exacte du matériel, des logiciels, des systèmes électriques et des instruments envoyés dans l’espace lointain.
L’équipe Juice a utilisé son modèle d’ingénierie pour tester le logiciel de navigation autonome qui permettra à Juice de rester sur la bonne voie au niveau du système Jupiter.
Ils l’ont « trompé » en lui faisant croire qu’il se trouvait à Callisto en projetant une série d’images de la lune sur sa réplique fidèle de la caméra de navigation du vaisseau spatial pour voir comment elle réagirait.
Ces images haute résolution, générées par un modèle informatique, représentaient Callisto dans l’orientation et la phase exactes dans lesquelles Juice le verra à son arrivée dans sept ans.
Juice, l’explorateur Jupiter Icy Moons de l’ESA, devrait embarquer pour une croisière de huit ans vers Jupiter à partir d’avril 2023. La mission étudiera l’émergence de mondes habitables autour des géantes gazeuses et du système Jupiter en tant qu’archétype des nombreuses planètes géantes désormais connues. pour orbiter autour d’autres étoiles. Au cours de son voyage, il effectuera une série de survols de la Terre, du système Terre-Lune et de Vénus pour se mettre en route vers son rendez-vous de juillet 2031 dans le système jovien. Cette vidéo montre Juice effectuant un survol du système Terre-Lune. Connu sous le nom d’assistance gravitationnelle Lune-Terre (LEGA), il s’agit d’une première mondiale : en effectuant cette manœuvre – un survol assisté par gravité de la Lune suivi seulement 1,5 jours plus tard par celui de la Terre – Juice pourra économiser une quantité importante d’énergie. propulseur au cours de son voyage. Juice effectuera trois survols de la Terre au cours de sa croisière : un du système Terre-Lune en août 2024, un de la Terre en septembre 2026 et un de la Terre en janvier 2029. Crédit : ESA/Lightcurve Films/R. Andrés
« Ce n’était pas aussi simple que de préparer des images à l’avance et de diffuser une vidéo devant la caméra de navigation », explique Giulio Pinzan, ingénieur des opérations des engins spatiaux de l’ESA, qui a supervisé l’activité.
« Le logiciel de navigation devait réagir à ces images. S’il remarquait qu’il approchait de Callisto sous le mauvais angle ou dans la mauvaise direction, il devait tenter de corriger ces erreurs sans notre aide. »
« Cela signifiait que la vue de Callisto devait réagir aux actions du vaisseau spatial en temps réel. Nous avons effectivement attaché un casque de réalité virtuelle immersif à la caméra de Juice et l’avons laissé se déplacer indépendamment dans cet espace virtuel. »
Les équipes de l’ESA et du fabricant de Juice, Airbus, ont alloué trois jours au test de survol de Callisto. Les opérateurs du vaisseau spatial, les scientifiques et les ingénieurs en mécanique, électricité et logiciels s’attendaient tous à passer des jours à rencontrer et à résoudre des problèmes avant de finalement réaliser un survol propre au cours duquel Juice réagirait exactement comme ils le souhaitaient.
Pour rendre ce test encore plus difficile, ils n’avaient pas accès à l’un des outils les plus importants de la boîte à outils des opérations des engins spatiaux. Habituellement, avant qu’un test complexe comme celui-ci ne soit exécuté sur le modèle d’ingénierie physique du vaisseau spatial, il est d’abord exécuté sur un simulateur logiciel entièrement numérique du vaisseau spatial qui ne comporte aucune pièce physique.
C’est là que la plupart des problèmes sont rencontrés et résolus, et les tests ne sont exécutés sur le modèle d’ingénierie physique que lorsque les opérateurs ont déjà une bonne idée de ce à quoi s’attendre.
« Mais ce scénario est si complexe qu’il est actuellement impossible de le simuler avec le simulateur du logiciel Juice », explique Giulio Pinzan. « Nous nous sommes lancés dans ce test complètement à l’aveugle. »
Pourtant, malgré leurs attentes, l’équipe a réussi dès le premier jour. Le logiciel de navigation de Juice s’est verrouillé sur les bonnes régions de Callisto, a gardé ses instruments pointés directement vers elles et a maintenu en toute sécurité la trajectoire correcte tout en naviguant à travers le survol exigeant.
« Nous devons vraiment féliciter notre équipe Flight Dynamics, en particulier », déclare Giulio. « Leurs calculs mathématiques étaient parfaits et nous ont permis d’effectuer un survol propre dès la première tentative, malgré le manque d’expérience qu’ils acquéraient habituellement en expérimentant avec le simulateur logiciel. C’était vraiment incroyable. Ils nous ont même surpris. »
« L’équipe d’Airbus a également fait un travail remarquable en mettant en place le modèle d’ingénierie à temps pour le test, tout en nous fournissant tous les détails dont nous avions besoin pour faire fonctionner correctement le système de navigation autonome. »
Le survol de Callisto est l’un des scénarios les plus exigeants auxquels Juice sera confronté et l’un des plus difficiles à mettre en place et à réaliser avec le modèle d’ingénierie.
Le modèle a été transporté d’Airbus en France à l’ESOC en Allemagne en février. Grâce à la réussite de cet ultime test, il est désormais entièrement mis en place, les équipes de l’ESA sont parfaitement formées à son utilisation et il a été officiellement livré.
L’équipe Juice doit maintenant confirmer que le modèle de vol se comporte exactement de la même manière que le modèle d’ingénierie en effectuant un test similaire dans l’espace. Cependant, les seules opportunités de suivre un gros objet avec la caméra de navigation de Juice se présenteront lors de ses survols planétaires.
L’assistance gravitationnelle Lune-Terre prévue en août de cette année n’est pas une option pour ce test. Au cours de ce double survol, Juice passera devant la Lune puis la Terre moins de 24 heures plus tard afin de voler l’énergie des deux corps en succession rapide. Il s’agit d’une manœuvre très délicate qui n’a jamais été tentée auparavant et toutes les équipes devront être prêtes à réagir à toute anomalie à tout moment.