PariSat

Satellisation : 9 juillet 2024

Contexte du projet

Image de PariSat avant son intégration dans Ariane 6

Après 3 ans de travail, PariSat offre l’opportunité unique de mettre en orbite une nouvelle expérience, et permet au club pour la première fois de photographier la Terre depuis l’espace. Porté par des jeunes passionnés de 15 à 25 ans, PariSat est intégralement conçu et fabriqué au GAREF, de l’architecture mécanique à la soudure des cartes en passant par la conception électronique et le logiciel.

C’est une occasion exceptionnelle pour le GAREF, qui mène de nombreuses expériences depuis sa création en 1964, avec entre autres 5 lancements de fusées expérimentales à Kourou et 3 à Kiruna (dans le cadre du projet PERSEUS du CNES). Son premier satellite Thésée fut lancé en 1981 à bord du 4e vol d’essai d’Ariane.

Objectif scientifique

L’objectif scientifique est simple : sans air dans l’espace, et sous le rayonnement cosmique, comment
dissiper au mieux la chaleur de l’électronique embarquée ?

L’expérience consiste donc à déterminer le matériau qui agirait comme le meilleur dissipateur. PariSat embarque un lot de 8 dissipateurs thermiques miniatures (plaques de 40 × 40 mm) aux caractéristiques variées (matériau, traitement de surface, chauffage…), chacun étant équipé de son propre capteur de température.

Cela permet d’observer le principe de rayonnement du corps noir, théorisé en 1884 par la loi de Stefan-Boltzmann. Ces mesures permettent de déterminer quel matériau et quel traitement sont susceptibles de dissiper au mieux la chaleur de l’électronique, dans la perspective d’une future mission spatiale (satellite ou autre). Au-delà de l’aspect scientifique, le projet PariSat se révèle être une aventure humaine extraordinaire pour une équipe de jeunes amateurs de 15 à 25 ans, tous passionnés par le spatial.

Spécifications techniques

La structure extérieure de PariSat se base sur le format standard de cubesat 6U (30 × 20 × 10 cm),
légèrement modifié pour répondre à certaines contraintes d’intégration. L’ensemble affiche une masse
totale de 7.5 kg. Afin de mener à bien sa mission, le satellite contient différents modules électroniques
conçus et fabriqués par les jeunes du GAREF :

Expérience scientifique
Expérience photo
Alimentation électrique
Timecode
Calculateur de bord
Système de télémesure

L’expérience est dimensionnée pour être active sur toute la durée du vol, soit une autonomie d’environ 2h. Les données sont stockées à bord tout au long du vol, avant d’être déchargées lors d’un unique passage au-dessus de la station de réception satellite d’Esrange (près de Kiruna en Suède).

Synoptique de l’expérience

Collaboration avec SSC (Swedish Space Corporation)

Dès le début du projet PariSat, l’un des défis techniques majeurs est de réussir à transmettre toutes les données depuis l’espace via un système de télémesure. Divers stages permettent notamment l’étude des différentes solutions de réception possibles. Au vu de la trajectoire prévue du vol, la station SSC d’Esrange au nord de la Suède (à 40 km de Kiruna) apparait comme une solution idéale.

Au-delà de posséder un grand parc d’antennes de réception, ce complexe accueille un pas de tir de fusées-sondes que le GAREF a déjà utilisé plusieurs fois par le passé pour lancer des fusées expérimentales. C’est donc naturellement que le contact se crée avec les équipes de la station de réception, et l’idée d’une collaboration étudiante avec l’Université de Luleå (voisine de Kiruna) pour la télémesure de PariSat émerge rapidement.

Dès l’été 2023, les visioconférences s’enchainent avec l’équipe d’Esrange en charge de la réception des données de PariSat, principalement avec Erik Öskog (qui coordonne l’équipe du côté d’Esrange), Elena Battistello (qui consacre son mémoire de master sur la réception de la télémesure PariSat) et Emil Söderman (qui est en appui sur la partie technique des antennes).

Trajectoire du vol

Résultats scientifiques

De 32 s à 730 s : Période de nuit orbitale (pas ou peu de rayonnement incident)
De 731 s à 1668 s : Période de croisière avec roulis selon l’axe φ (angles d’Euler)
De 1669 s à 1774 s : Perte des données durant 105 s (redémarrage de l’OBC)
De 1775 s à 2399 s : Reprise de l’acquisition des données
De 2400 s à 2879 s : Manœuvre d’arrêt de roulis du second étage
De 2880 s à 3825 s : Période de croisière avec roulis

L’expérience de mesure de température en orbite permet de révéler et retrouver les comportements thermiques des matériaux. Il est notamment retrouvé que les surfaces polies permettent la meilleure stabilité thermique, utile pour préserver des équipements sensibles pouvant être exposés au rayonnement solaire. Autrement, les aluminiums anodisés noir et bleu démontrent des comportements pratiquement similaires. L’aluminium anodisé rouge, au travers de sa température de stabilisation plus faible, permet une meilleure dissipation que des teintes plus foncées. Le titane ne constitue pas un meilleur dissipatif que l’aluminium noir.

De manière générale, tous les comportements ont été retrouvés conformément aux modèles théoriques, quelques phénomènes d’influence thermique entre plaques Diminuant le caractère idéal de l’expérience. Une étude approfondie avec minimisation d’écart au modèle peut permettre de retrouver les paramètres d’émissivité et d’absorption des matériaux.

Images reçues

Cette image est la seule où nous voyons une surface de nuit,
l’Antarctique caché dans son hiver. L’étage d’Ariane 6 est retourné
et PariSat est dos au Soleil. Aucune terre en vue, bien que les nuages
nous montrent leur relief très varié, grâce à un Soleil à l’extrême horizon
et donc des ombres fortement projetées. Les zones sombres sont bien
les ombres des couches élevées sur les basses.

Dans le ciel nous sommes centrés sur la constellation du Scorpion,
mais peu d’astres sont visibles. La plage dynamique de la caméra
semble traiter différemment la luminosité de chacune des étoiles.
Une étoile reste néanmoins visible, qui correspondrait à Antarès
(α Scorpii), une supergéante rouge située à 550 années-lumière
de la Terre, 668 millions de fois plus volumineuse que le Soleil.

Quelques minutes plus tard, au beau milieu du
Pacifique avec toujours de nombreux nuages,
le lanceur est en manœuvre de redressement
(met sa “tête” dans le sens de la trajectoire).

La côte de l’Amérique du Sud est proche, mais PariSat est toujours
tourné vers le Pacifique. Cependant, nous regardons davantage
au Nord et une étoile, en train de doucement réveiller l’Asie de l’Est,
vient se diffracter dans notre lentille en bas à droite. Les nuages
semblent ici bien plats, le manque d’ombre projetée étant en cause.

PariSat est ici au-dessus de l’Amérique Centrale. Nous voyons
très bien la pointe péruvienne de Paita en haut à droite.
À gauche le grand parc national naturel du Río Puré,
frontière entre le Brésil et la Colombie. Les nuages
cachent fortement la Colombie et le Panama mais
la cordillère des Andes pointe très bien à travers.

Cette image constitue notre
avant-dernière. Pendant que
l’APU d’Ariane tente un ultime
démarrage, et que la caméra du
lanceur regarde le ciel, nous avons
enfin changé d’océan, avec un bleu
sublime envahissant.

Conclusions du projet et remerciements

Après 3 années d’effort, l’expérience PariSat a pris son envol le mardi 9 juillet 2024 à 19h00 UTC, avant de s’allumer à 20h06 UTC. Embarquée sur le vol inaugural d’Ariane 6, le satellite a réalisé de manière nominale ses expériences scientifique et photo depuis une orbite basse à 580 km d’altitude. L’intégration et le lancement depuis le Centre Spatial Guyanais se sont parfaitement déroulés.

La conception d’un satellite, et particulièrement pour une équipe de jeunes (17 ans au début du projet), est ambitieuse et demande une rigueur absolue. Toutes les simulations et analyses théoriques réalisées en amont du vol ont permis d’analyser efficacement les données. C’est ce travail de préparation qui a également permis de qualifier l’expérience aux normes de l’ESA pour embarquer sur Ariane 6.

Comme mentionné précédemment, PariSat a été conçu et optimisé pour une mission de 2h. Mais c’était sans compter sur le dysfonctionnement mineur de l’étage supérieur d’Ariane 6, au niveau de l’APU, qui a empêché le moteur de se rallumer. PariSat n’a donc pas été désorbité et continuera de tourner à 580 km au-dessus de notre planète durant les prochaines décennies. Il est possible de suivre son emplacement réel via une application développée par le GAREF :

https://parisat.garef.com

Comme dans tout projet, il y a au-delà de la partie technique un aspect humain fondamental. Sa réussite a reposé sur une bonne organisation du travail en équipe, avec une répartition claire des tâches et des réunions régulières. Le nombre important de personnes impliquées et la durée du projet ont amené à la rédaction de nombreux documents et procédures. Enfin, il est essentiel de souligner que ces activités, réalisées en parallèle des études de chacun, s’inscrivent dans le cadre des loisirs.

Toute l’équipe du GAREF tient à remercier chaleureusement tous les partenaires qui nous ont aidés et
soutenus, sans qui ce projet unique n’aurait pu réussir : l’ESA, SCC, Arianespace, le CNES-CSG, le LESIA, l’IAS, la PIT, l’IPSA, l’ENSEA, Polytech, l’Aéroclub de France, la Ville de Paris et la Mairie du 13ème.