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Swisscube Projet news
mars 2011


par Muriel Noca, cheffe du projet Swisscube

(traduit par Michel Vonlanthen)
 

L'histoire

 

C'est une vraie affaire de patience et de perséverance… et aussi de trouver les personnes qu'îl faut au bon moment…

 

Vous vous souvenez que juste après le lancement, Swisscube s'est mis à tourner sur lui-même à la vitesse d'environ 200 degrés/seconde, ce qui empêchait totalement de faire les mesures de l'airglow prévues (l'objectif scientifique de Swisscube). Après avoir essayé plusieurs remèdes, qui n'ont pas amélioré la situation, nous avons décidé de laisser Swisscube ralentir de lui-même sa rotation. La durée de vie planifiée de Swisscube était de 4 mois, un mois pour la mise en place et 3 mois pour les observations scientifiques.

 

Remise à zéro de Swisscube (reset)

 

Après une année pendant laquelle Swisscube a ralenti sa rotation de façon naturelle, celle-ci était suffisamment lente pour que nous puissions enclencher le système interne de stabilisation sans que les gyroscope ne soient saturés (env. 80 degrés/seconde max). Ceci est arrivé en novembre 2010.

 

Nous l'avions dit, à ce moment-là les systèmes de bord étaient dégradés et nous avions un gros problème de communication (bus I2C à l'intérieur du satellite). Nous avons donc décidé de tenter de "resetter" (remettre à zéro) le satellite. Bien-sûr, cette fonction n'était pas prévue car, en cas de défectuosité, elle pouvait totalement compromettre la mission. Mais ho, les ingénieurs sont faits pour cela (faire des choses impossibles) ! Et nous avons trouvé une méthode pour le faire: enclencher l'ampli de puissance HF jusqu'à ce que la batterie de bord soit à plat. Et c'est ce que nous avons fait et réussi.

 

Par chance, nous avions Florian Georges sous la main, l'ancien étudiant initialement en charge des logiciels de bord (maintenant ingénieur), qui connaissait parfaitement le satellite dans tous ses détails, et qui a été en mesure de déterminer la bonne commande à envoyer. Le logiciel de bord a bien été conçu. Cette commande a activé l'amplificateur de puissance, qui consomme environ 3,5 Watts, et l'a forcé à rester enclenché.

 

La puissance générée par les panneaux solaires en plein éclairage est de 2,8 Watts. En laissant cet ampli enclenché, nous devions arriver au moment où la tension de la batterie est tellement faible que le système de bord passe en mode "sécurité" et re-boot (remette à zéro) tout le système de bord.

 

Nous avons testé à plusieurs reprises sur l'EQM (Qualification Model), le frère-jumeau de Swisscube gardé au sol. Et nous avons constaté plusieurs conséquences pour le système de bord, dont la dernière était la remise à zéro totale. Nous avons donc envoyé cette commande à Swisscube le 20 janvier et tout a fonctionné comme prévu ! La décharge de la batterie a commencée à 13h06 et a duré 2h41 avant d'exécuter cette remise à zéro
 

La conséquence principale a été que le bus I2C, qui était bloqué empêchant toute communication interne, s'est remis à fonctionner et le satellite est revenu à la normale (Figure 1). Le contrôle d'attitude (ACS) et le télescope, la charge utile, étaient à nouveau utilisables !
 

 

 

Ralentissement de la rotation

 

La prochaine étape était maintenant de stabiliser la vitesse de rotation de Swisscube. Après quelques vérifications du système d'alimentation (les batteries avaient déjà un équivalent de 3000 cycles de charges-déchargea à ce moment), nous enclenchâmes l'ACS (le 31 janvier 2011), et récupérâmes les données des gyroscopes, des capteurs solaires et du magnétomètre.

 

Nous étions maintenant en mesure de mettre en route la stratégie de ralentissement imaginée par Arthur Overlack, l'étudiant talentueux de l'Université de Delft, qui en avait fait l'objet de sa thèse de doctorat. Il travaille maintenant pour l'ISIS (http://isispace.nl) avec Hervé Peter Comtesse, le responsable initial du contrôle d'attitude de Swisscube. Avec leur collaboration, nous avons implémenté la procédure de ralentissement détaillée à la figure 2.

 

 

Elle consiste:

 

  1. à charger le contrôleur BDOT du satellite avec les nouveaux paramètres (pour ralentir activement à l'aide des magnetorquers)
  2. à vérifier que le contrôleur BDOT fonctionne bien avec ces paramètres
  3. à recharger de nouveaux paramètres lorsque le contrôleur BDOT aura atteint ses valeurs minima

 

Après une vérification poussée de l'ACS et du système d'alimentation à chaque étape du processus, les premiers paramètres (tout en haut à droite de la figure) furent envoyés au satellite le 7 février. Un diminution significative de la vitesse de rotation fut alors observée. Hourrah ! Nous avons ensuite envoyé les autres paramètres au contrôleur et la stabilisation finale fut obtenue le 15 février. Magnifique ! (voir la figure 3)

 

 

 

Il est à noter que cette stratégie n'a jamais été ni implémentée ni testée auparavant sur un satellite. Le succès complet de cette procédure a dû être démontrée en vol ! Et elle a fonctionné ! Grâce à Arthur et à Hervé !

 

Finalement, la stabilisation du satellite a pris 3 jours, beaucoup moins que ce que nous pensions.

 

 

Le télescope suisse

 

Objectifs scientifiques

 

Le but scientifique de Swisscube est de mesurer l'émission d'airglow dans la haute atmosphère à environ 100 km d'altitude:


1. de démontrer la faisabilité de l'utilisation d'un capteur bon-marché

 

2. de valider le modèlel défini de l'air glow ou de récolter des informations additionnelles sur les conditionnent l'air glow: latitude, altitude, temps solaire local.

 

Pour atteindre ce but scientifique, un petit télescope a été développé (de 4,5 cm de longueur) qui scrute la composante du proche infra-rouge de l'airglow. L'airglow est vu comme une émission de lumière située dans le vert et le proche infra-rouge. Ces émissions sont dues à la recombinaison des atomes d'oxygène (2O en O2) qui ont été dissociés par les rayons ultra-violets du soleil. La partie située dans le proche infra-rouge est la plus intense.

 

 

Le développement de ce télescope a dû tenir compte des contraintes très sévères en terme d'espace et de poids telles que définies par le standard CubeSat. Le télescope de Swisscube doit donc respecter les limites physiques et électriques suivantes:


- Volume: 30 x 30 x 65 mm pour les optiques, 80 x 35 x 15 mm pour l'électronique

- Masse: < 50 g

- Consommation électrique: 8 mW lorsqu'aucune mesure n'est effectuée, < 450 mW en pleine mesure

 

Le développement a été effectué par les partenaires académiques HES-SO/HEIG-VD et EPFL/LMTS. Il consiste en un triplet de lentilles avec des composants sur-mesure (voir les fig 4,5 6), un écran de limitation à 30 degrés de la lumière solaire, avec un facteur d'atténuation de 10-4, un filtre passe-bande centré 767 nm avec une bande passante de 20 nm. Le champ de vision du télescope est de 18.8o x 25o et une résolution de 0.16o pour chaque pixel. Chaque image se compose de 188 x 120 pixels, et "pèse" 180 kbits (22 KiB). Il faut dans les 5 minutes pour récupérer une image complète à la vitesse de 1.2 kbps du downlink.
 


 

Les premières images
 

La première image récupérée de Swisscube l'a été le 18 février et était complètement noire, avec du bruit thermique par-dessus. La première de l'airglow vint le 3 mars (Fig 7). Magnifique une fois de plus ! Cette image montre le phénomène de l'airglow (bas) and la réflexion venant du soleil (haut).

 

 

Cette image a été convertie en partie visible du spectre (vert) à partir de la zone infra-rouge initiale. Le projet poursuit son scénario original. Nous sommes actuellement en train de caractériser les optiques et les images et d'élaborer le post-traitement nécessaire. Nous travaillons également sur le réglage fin des  paramètres du détecteur pour les images nightglow/airglow et sur le traitement à faire en fonction des observations. Une fois que ces traitements auront été bien compris, nous partirons dans les mesures complètes des la variation d'intensité en fonction de la latitude:

 

- Dayglow/nightglow au-dessus de 85o N/S

- Dayglow/nightglow entre 40o et 50o N/S

- Dayglow/nightglow entre 5o N et 50 S

D'autre types d'images sont prIses afin de caractériser les optiques (Fig 8), les conditions les plus sombres (Fig 9), et celles de l'airglow le plus clair (Fig 10).

L'exploitation des données de chaque image donne l'intensité de l'airglow dans le proche infra-rouge. La gamme de mesure se situe entre 500 et 61400 photons, avec une résolution de 500 photons. Chaque image contient également des informations comme la date, la direction de pointage, la latitude, l'heure locale solaire et l'altitude au moment où l'image a été prise.

Les données seront utilisées pour valider le model d'airglow développé par les étudiants. Elle seront aussi mises à la disposition du public et des institutions scientifiques (intérêt manifesté par le Centre Mondial des Radiations de Davos/CH). La signification de la "météo spatiale" n'a pas été pris en compte et sera faite ultérieurement , lorsque d'autres images auront été capturées.


Et la suite ?

 

Le groupe de travailSwisscube va maintenant continuer sa récolte d'images et leur traitement, en coopération avec les scientifiques atmosphériques.

 

Les buts éducationnels du projet Swisscube ont d'ores et déjà été magnifiquement atteints avec le lancement du satellite. Nous sommes maintenant fiers d'annoncer que le but scientifique a aussi été atteint avec la capture de la première image d'airglow. Ce projet n'aurait jamais pu voir le jour sans l'aide de 200 étudiants, de partenaire académiques, de l'industrie et des sponsors.

 

NOUS VOUS REMERCIONS TOUS !

 

Le groupe des opérations de la mission

 

Tous ces grands développements faits en 2011 n'auraient pas été possibles sans l'aides de radioamateurs et d'étudiants. Nous les en  remercions tous.

 

L'infrastructure de Swisscube a été complétée par deux nouvelles stations de commande: une du radioamateur Armin Roesch (HB9MFL) et l'autre de la compagnie EATOPS située aux Pays-Bas. Avec celle de Fribourg (HES-SO/EIA-FR) et celle de l'EPFL, Swisscube a prouvé ses capacités à travailler avec de multiples stations au sol.

 

 

MERCI A VOUS TOUS !

 

 

Muriel Noca, cheffe du projet Swisscube
mars 2011

(traduit par Michel Vonlanthen)

 

PS 1: Document original en anglais

PS 2: Site de Swisscube: http://swisscube.epfl.ch