Technologie BIRDY pour la navigation autonome

BIRDY propose une technologie de navigation avec propulsion électrique pour les futurs CubeSats « deep-space ». Au sol, la prévision de trajectoire est calculée par un propagateur de trajectoire. En vol, l’écart à cette prévision est mesuré par triangulation optique et les corrections de trajectoire sont faites par une propulsion électrique à base de Téflon liquide actuellement à TRL 3. Cette propulsion fait l’objet d’une thèse PSL en cours et d’un développement industriel. L’algorithme de détermination d’orbite en vol est fonctionnel mais il est encore trop sensible aux erreurs de mesure. Déjà des applications scientifiques sont identifiées en météorologie de l’espace (croisière Terre-Mars) ou en géodésie planétaire (sondage d’astéroïde double) et justifieraient une telle navigation autonome. La technologie serait validée sur une orbite GTO. D’autres contextes sont également envisagés (trajets Terre-Lune ou orbites HEO).

Le projet est conduit par l’IMCCE, le LESIA et leur partenaire universitaire taïwanais la NCKU depuis 2013. Le Master OSAE, Centrale Lille et Centrale Paris sont également impliqués. Au total 53 étudiants ont été impliqués à mi-2016. ESEP a procuré l’environnement propice pour tester et mettre au point les concepts. ESEP a financé 5 stages longs, des déplacements pour des conférences ou depuis Taïwan et a mis à disposition plusieurs experts des laboratoires.

Contact projet : Boris.Segret @ obspm.fr

Estimations 2016-2017 : 1 à 2 modules projets longs (1-2 ans), 1 à 2 stages longs (4-6 mois) en système et orbitographie

(trajectoire Terre-Mars-Terre ; propulsion LPPT (5cm x 10cm x 10cm) ; « flying-legs » autour de Didymos)




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CIRCUS, étude de l’ionosphère avec STAR, une technologie nouvelle

(rapport 2015)

CIRCUS a pour but la réalisation de mesures plasma in-situ (densité et température des électrons) dans l’environnement ionosphérique, grâce à l’utilisation pour la première fois du récepteur radio STAR à grande dynamique. Les mesures se feront à haute cadence temporelle (moins d’une milliseconde) grâce à la technique de spectroscopie du bruit électrostatique thermique. Les enjeux principaux sont de contraindre les modèles ionosphériques à grande échelle et d’explorer la turbulence ionosphérique à très petite échelle.

Le projet STAR correspond à une étude conjointe de R&D du LESIA et du LTCI / Télécom - ParisTech, soutenue par le CNES, pour une nouvelle architecture de récepteur radio spatial miniaturisé couvrant la gamme 1 kHz – 100 MHz avec une grande dynamique de mesure. Ce design tout numérique permet d’effectuer des traitements intelligents à bord afin de réduire la télémesure tout en maintenant le retour scientifique. Il est conçu pour être compatible avec les contraintes des plateformes spatiales classiques (missions NASA ou ESA) mais aussi celles des nanosatellites où la puissance disponible est réduite. Il sera proposé pour les missions spatiales d’exploration du système solaire, mais aussi pour les projets émergents d’interféromètres radio spatiaux aux objectifs scientifiques multiples (âges sombres, physique galactique et extragalactique, héliosphère interne, météorologie de l’espace, planètes géantes, exoplanètes) car les fréquences en dessous de 20 MHz restent totalement inexplorées avec la résolution angulaire que permet l’interférométrie.

CIRCUS est un CubeSat en partenariat avec l’université UPMC porté par le LESIA. Il est en phase d’analyse de mission et de faisabilité. Déjà sélectionné par le CNES, CIRCUS espère un tir en 2018. ESEP finance les stages permettant d’impliquer les étudiants et C²ERES a détaché un expert pour le projet.



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GPU4SPACE, qualification spatiale d’un GPU

L’objectif principal du projet est d’évaluer le niveau de maturité de la technologie GPU pour des missions spatiales. L’évaluation doit porter sur les composants de base dans la conception de la mission et sur l’intérêt d’un accélérateur pour le traitement des données et leur interprétation.

Concernant le volet R&D du projet, axe principalement financé par ESEP, la qualification du composant pour l’environnement spatial, en particulier dans le cas des nano-satellites, est un aspect central. Il s’agit de valider le fonctionnement de GPU destinés à être embarqués dans des conditions similaires à celles subies en orbite. Des tests en cyclage thermique et d’exposition aux radiations sont menés, ainsi que des mesures de consommation électrique et du besoin en dissipation thermique. En parallèle, il faut identifier des missions cibles et construire un plan de tests qui y correspond en collaboration avec les équipes scientifiques ou techniques responsables des autres sous-système. Grâce au support ESEP, des premiers tests de qualification ont pu être effectués, notamment la validation du composant en cyclage thermique et des premiers tests en irradiation. La mise en place d’un premier processus de traitement des données (dit "pipeline") a pu commencer sur l’exemple opérationnel de "défloutage d’images" prises depuis l’orbite. Une étude des caractéristiques de ce pipeline, en terme de performance de calcul et de consommation d’énergie, est en cours.

Contact projet : damien.gratadour @ obspm.fr

Estimations 2016-2017 : 2 stages de 4-6 mois niveau M1-M2, modules projets longs (150-300h/étudiant, individuel ou équipe) envisageables sur candidatures



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METEOR, spectre UV des météores pour analyser la composition des météoroïdes

(rapport 2015)

L’atmosphère terrestre est un formidable détecteur de petits corps extraterrestres, appelés météoroïdes, qui s’échauffent et ionisent le gaz, produisant un météore. Le projet de nanosatellite METEOR vise à mesurer leur spectre UV afin de détecter les composés chimiques contenus dans les météoroïdes (principalement Fe, C et OH). Ces éléments sont des traceurs de la formation du système solaire. Leur détection est précieuse pour étudier l’apport de matériaux prébiotiques extraterrestres sur Terre. Une caméra sera également embarquée pour mesurer la magnitude, la position et le flux de météoroïdes sur Terre. La détection depuis l’espace est un atout essentiel pour accéder au spectre UV, pour s’affranchir des conditions météorologiques et pour couvrir une large zone du ciel.

Ce projet étudiant est développé à l’UPMC (campus CurieSat), avec l’IMCCE et le LATMOS et bénéficie du soutien du CNES (programme JANUS). Les deux campus spatiaux CurieSat et CERES s’associent ici afin de mutualiser les ressources et de favoriser l’émergence de projets de nanosatellites. METEOR est en phase d’analyse de mission et de faisabilité. Un tir est envisagé à partir de 2017.



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NANOPOT, Tests pour la maîtrise du potentiel électrique d’un nanosatellite

Le financement obtenu auprès d’ESEP a permis de réaliser une série de tests dans le caisson JONAS de l’ONERA sur la variation du potentiel d’un nano-satellite lorsqu’une sonde de Langmuir est en opération. Ces tests ont eu lieu en octobre 2015. Il a fallu adapter le dispositif d’émission au cubesat (mécanique et électronique) et l’équipe impliquée a pu effectuer cinq jours de tests dans le caisson de JONAS.

Au cours de ces tests, trois séries d’expériences ont été réalisées :

  • le test de la théorie OML (Orbital Motion Limited) vis-à-vis de la longueur des sondes de Langmuir,
  • le fonctionnement de l’émetteur d’électron dans un caisson plasma,
  • le fonctionnement des sondes de Langmuir sur un cubesat et l’impact d’une émission d’électrons sur la mesure.

Pour l’instant, seules les étapes 1 et 2 ont été finalisées avec succès, l’étape 3 nécessitant un travail d’analyse des données qui n’a pas encore été fait. Les principales conclusions à ce stade sont que :

  • les tests de la théorie OML confirment le rôle de la longueur de la sonde,
  • l’émetteur d’électrons a émis pendant plusieurs heures sans difficulté et avec de très bonne performance (émission de quelques dizaines de µA pour une puissance consommée de moins de 8 mW avec une variation de moins de 5%).

Contact projet : François Leblanc, Francois.Leblanc @ latmos.ipsl.fr



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OGMS-SA, un instrument d’astrochimie spatiale

OGMS-SA est un projet de CubeSat 3U Etudiants à vocation de démonstrateur technologique.

Ce CubeSat a donc deux principaux objectifs :

  • Plateforme pédagogique permettant à des étudiants provenant de tous les métiers de l’ingénierie de travailler en équipe projet et de concevoir un CubeSat 3U complet depuis la structure jusqu’à la communication en passant par l’énergie, la centrale d’attitude et l’ordinateur de bord.
  • Développer une charge utile démontrant la faisabilité de la spatialisation d’une CRDS (Cavity Ring Down Spectrometer) à fort intérêt scientifique pour de futures missions spatiales en Exo-Biologie.

Le Projet OGMS-SA est soutenu par le CNES via le projet JANUS et est porté par l’Université Paris-Est Créteil via le laboratoire LISA. Le CNES finance principalement le Hardware et le lancement du CubeSat. L’ESEP a le rôle majeur de permettre aux étudiants de participer au projet en finançant leurs stages..

Ce projet a débuté en 2013 et devrait s’achever en 2017.

Contact projet : Tristan Allain = Tristan.Allain @ lisa.u-pec.fr

Estimations 2016-2017 : 3 à 5 stages longs et formules en apprentissage.

OGMS-SA en orbite





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PICSAT, surveillance de l’exoplanete Beta Pictoris b

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(Beta Pictoris dans l’infrarouge. Crédits : ESO/A.-M. Lagrange et al.)


β Pictoris b est la planète en formation la plus proche du Soleil, à seulement 19,3 parsecs. Avec un âge de seulement 20 millions d’années, elle constitue une cible privilégiée pour comprendre le mécanisme de formation des planètes géantes. Parce que le système est vu par la tranche, il y a une possibilité unique que la planète transite devant son étoile, un événement extrêmement rare, n’ayant lieu que tous les 18 ou 37 ans. Ce transit aurait lieu fin 2017, avec une incertitude de trois mois. Le projet PICSAT à pour objectif de dédier un observatoire photométrique spatial à cet unique objet.

Le projet PicSat est actuellement en phase d’essai. Les tests effectués sur les prototypes ont permis de lancer la fabrication d’un modèle de qualification de l’électronique et de la mécanique de la charge utile. L’équipe projet a réceptionné en juin 2016 les sous-systèmes achetés chez des industriels afin de les qualifier de manière fonctionnelle. L’assemblage complet du modèle de qualification à l’été 2016 doit permettre d’autoriser la production du modèle de vol et de signer ensuite pour le lancement.

L’équipe s’est agrandie, passant de 3 professionnels et 2 stagiaires, à 5 professionnels et 3 stagiaires, ainsi qu’un post-doctorant à partir de juin 2016.

Contact projet : vincent.lapeyrere @ obspm.fr

Estimations 2016-2017 : Probablement au moins 2 stages longs, minimum 3 mois, en instrumentation (test et validation sol), communication sol-espace, informatique embarquée, informatique sol dont coopération amateurs-professionnels.

Voir aussi : la Page du projet



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SERB, précurseur pour la surveillance de la variabilité solaire

Le rôle de la variabilité solaire sur le changement climatique est un sujet d’intérêt scientifique et sociétal fort.

Comprendre l’évolution récente du climat passé et se projeter dans l’avenir nécessitent de pouvoir distinguer entre les variations climatiques d’origine anthropique et les variations naturelles. Le rayonnement solaire étant la principale source d’énergie pour le système océan-atmosphère, il détermine l’équilibre radiatif de la Terre et son climat. Toutefois les gaz à effets de serre et les poussières d’origine volcanique introduisent aussi des effets à plus ou moins long terme. Il apparaît que l’influence de la variabilité solaire sur l’atmosphère et le climat est majeure et elle est beaucoup plus complexe qu’attendu sur la seule base du bilan énergétique de la Terre. Par exemple la variabilité dans le domaine ultraviolet est beaucoup plus élevée que la variabilité de l’éclairement solaire total. Un autre enjeu est de relever la valeur absolue de l’éclairement solaire au cours des minimas solaires tout au long du cycle solaire de 11 ans.

Le développement du nano-satellite SERB correspond à une première étape dans un programme plus ambitieux de constellation de nano-satellites (mesures simultanées depuis différents points pendant deux cycles de 11 ans). SERB est un projet pilote développé dans un cadre universitaire, avec les objectifs suivants :

  • continuité des mesures d’éclairement solaire total
  • détermination de la valeur absolue de cet éclairement à mieux que 0,5W/m2 (autour de 1362 W/m2),
  • bilan radiatif de la Terre avec une précision meilleure que 5%,
  • variabilité solaire dans le continuum de Herzberg autour de 220 nm (ultraviolet).

La mission SERB s’inscrit dans les thèmes scientifiques d’ESEP et son intégration à C²ERES facilitera le partage d’expertise avec le LATMOS pour les futures générations d’instruments spatiaux. Actuellement, la mission SERB fait partie du programme JANUS. Le centre spatial étudiant (CSE) de l’X est impliqué dans ce programme. De plus, plusieurs étudiants de l’ESTACA ont déjà participé au projet par des stages de longues durées.

Contact projet : Mustapha.Meftah @ latmos.ipsl.fr

Estimations 2016-2017 (stages ou modules projets) : non communiqué, envoyez vos candidatures spontanées



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