Des satellites « pas chers, performants,… »… mais pour quels usages et quelles missions ? LES NANOSATELLITES.

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1 Des satellites « pas chers, performants,… »… mais pour quels usages et quelles missions ? LES NANOSATELLITES

2 LES SATELLITES 0 Kg 1 Kg50 Kg200 Kg800 Kg PicoNanoMicroMini 1500 Kg MoyenGros Demeter 130 Kg (Myriades) Corot 630 Kg (Proteus) Pleiades 1 000 Kg EyeSat 4 Kg (cubesat) PocketQub 0,5 Kg Alphasat 6 600 Kg 10 000 Kg

3 POURQUOI DES NANOSATELLITES ?  OUTIL PEDAGOGIQUE : formation des futurs ingénieurs du spatial CONCEPT CUBESAT inventé par Bob Twiggs de l’université de Stanford (Palo Alto USA). Simple1U:10x10x10 cm 1,33 Kg 1 W Double2U:10x10x20 cm 2,66 Kg 2 W Triple3U:10x10x30 cm 3,99 Kg 3 W Etc…12U: 20x20x30 cm 16 Kg 12 W  MINIATURISATION DES TECHNOLOGIES  CARACTERISTIQUES : PEU CHER, RAPIDEMENT DEVELOPPE, PERFORMANT UTILISATION DE COMPOSANTS NON SPATIAUX, DUREE DE VIE 1 à 2 ANS (voire plus) Interface standard avec la plupart des lanceurs dans le monde : P-POD (déployeur) développé par l’Institut Polytechnique de Californie (San Luis Obispo USA)  DE PLUS EN PLUS UTILISE POUR DES:  validations technologiques en orbite  missions scientifiques (y compris interplanétaires)  nouvelles applications pour la société civile et pour la défense (constellations d’observation de la Terre, d’écoute,…)

4 C’EST QUOI UN NANOSATELLITE ? Carte RF Bande S Carte RF Bande X Antenne Bande X Antenne Bande S Carte Ordinateur Bord Senseur stellaire Roues à réactions  UNE ARCHITECTURE MECANIQUE  UNE ARCHITECTURE THERMIQUE  Des radiateurs (évacuer la chaleur)  Des éléments chauffants  UNE CHARGE UTILE (exemple)  Des panneaux solaires  Une alimentation  Des communications Bord/Sol  Un ordinateur de bord avec le logiciel de vol  Un système de contrôle d’attitude  Des interfaces  UNE PLATEFORME  Un télescope  Caméra + roues à filtres + optique + baffle

5 LA MISE EN ORBITE  ORBITES VISEES  Principalement des orbites basses polaires entre 350 Km et 800 km (idéalement 500 Km)  Respect de la Loi des Opérations Spatiales (en fin de vie rentrée dans l’atmosphère en moins de 25 ans),  MOYENS DE LANCEMENT  Par la plupart des lanceurs (Falcon 9, Soyouz, DNEPR, PSLV, …) en piggy-back (passager « clandestin ») mais aussi par la Station Internationale (plus de 100 déjà lancés).

6 PIGGY-BACK? NOUVEAUX DEPLOYER POUR DES CUBESATS 6U,12U, 27U PREMIER VOL DU LANCEUR VEGA

7 LA MISE EN ORBITE  NOUVEAUX MOYENS DE LANCEMENT  Nouvelles et nombreuses entreprises de lancement voient le jour  Objectif : 250 Kg en orbite basse pour un coût de l’ordre de 5 M€ !!! VECTOR SPACE SYSTEM : start-up issue des fondateurs de SpaceX Prévision 2017 : Premier vol 2019 : 12 lancements 2020 et au delà:100 lancements/an ROCKET LAB : société américaine et australienne Le lanceur Vector pourra mettre 25 Kg en orbite basse à 400 Km La plupart des places déjà vendues jusqu’en 2019 grâce à un système révolutionnaire de réservation par internet Prévision 2016 : Premier vol (base en Nouvelle Zélande) 2017 et au delà: 1 lancement/mois Le lanceur Electron, dédié exclusivement aux cubesats, pourra mettre 150 kg en orbite basse à 500 Km

8 ETAT DES LIEUX

9 Plus de 600 CubeSats lancés ou prêts à être lancés à ce jour

10 ETAT DES LIEUX LES CUBESATS DANS LE MONDE TAILLE DES CUBESATS CATEGORIE DES CUBESATS

11 ETAT DES LIEUX CUBESATS LANCES (44)CUBESATS EN COURS DE DEVELOPPEMENT (65) NB DE CUBESATS EN EUROPE (109)

12 J eunes en A pprentissage pour la réalisation de N anosatellites au sein des U niversités et des écoles de l’enseignement S upérieur PROJET JANUS CONTACTS Responsable système : christophe.marechal@cnes.fr christophe.marechal@cnes.fr Chef de projet : alain.gaboriaud@cnes.fralain.gaboriaud@cnes.fr

13 HISTORIQUE Plusieurs reports de lancement depuis 2011; toujours en attente du lancement 20 étudiants  ACTIVITES NANOSATELLITES ETUDIANTS : 2005 à 2011  2006 : Initiative EXPRESSO (CNES) : Université Montpellier Cubesat 1U ROBUSTA  2009 : Coopération avec la Russie : Université de Bauman/Université Montpellier Nanosatellite BAUMANETS2 : 80 kg Instrument ROBUSTA aménagé (FRIENDS) Lancement février 2012 par VEGA; Echec en vol Rentrée atmosphérique en janvier 2015 150 étudiants

14 HISTORIQUE  2010 : Coopération avec l’Inde: Institut Technologique de Bombay/Université Paris Diderot Nanosatellite PRATHAM: 26 x 26 x 26 cm ; 10 kg Station sol (IPGP à St Maur les Fossés) pour mesurer le TEC (contenu électronique total) de l’ionosphère Nanosatellite semblait abandonné !!! Mais lancement prévu en septembre 16 par un PSLV Station sol réutilisée pour un cubesat de Paris Diderot 15 étudiants  ACTIVITES NANOSATELLITES ETUDIANTS : 2005 à 2011

15 HISTORIQUE  PROJET JANUS naissance début 2012 : Structurer les activités en France  Poursuite des activités à l’Université de Montpellier : ROBUSTA1B,…  Opportunité du projet QB50 : février 2012  4 propositions soutenues par le CNES : X, Ecole des Mines, SupAéro; Université Paris Est Créteil  Discussions avec d’autres universités et école d’ingénieurs :  Paris Diderot (déjà impliqué), Paris Sud Cachan, Aix Marseille, Pierre et Marie Curie, ELISA,…

16 ► Promouvoir les activités spatiales auprès d’ étudiants de l’enseignement supérieur en proposant le développement de projets spatiaux constitués de :  Nanosatellites de type cubesat - masse comprise entre 1 et 20 kg  Instruments scientifiques pour : - mesurer des paramètres de l’environnement terrestre, - faire des images de la Terre (différentes résolutions et bandes spectrales - localiser des véhicules terrestres (bateaux, camions,…), - participer à l’exploration du système solaire, - observer l’univers…  Segment sol stations sol VHF/UHF, 2GHz, 8 GHz, centre de contrôle, centre de mission ► Proposer et valider en orbite de nouvelles technologies matériaux, capteurs, instruments, système de contrôle d’attitude, calculateur embarqué, systèmes de communication radio fréquence, propulsion,… OBJECTIFS

17 ► Mise en place de CENTRE SPATIAUX UNIVERSITAIRES dans les universités françaises et les écoles d’ingénieurs :  Manager les projets spatiaux  Concevoir et développer des nanosatellites et le segment sol  Réaliser les opérations en vol  Mettre en place des coopérations avec des universités étrangères  Assurer les relations avec le CNES ORGANISATION ► Partenariat avec des LABORATOIRES SCIENTIFIQUES ► Partenariat avec des PME/PMI ayant de préférence des activités dans le spatial

18 ► Activités réalisées : Durant l’année scolaire ou universitaire dans le cursus Lors de stages, d’années de césure, de formation en alternance, voire de thèses ► Des objectifs concrets sont fixés en début d’année et une revue ou un point clé sera tenue en fin d’année pour juger le travail accompli et autoriser ou non la suite des activités. ► Le développement du système spatial (prêt au lancement) devra se faire en 5 ans max LOGIQUE DE DEVELOPPEMENT

19 ROBUSTA 1B (simple cubesat)  Etude des doses de radiations sur des composants bipolaires  Similaire à ROBUSTA 1A (corrections des anomalies)  30 étudiants depuis 2012 CSU DE MONTPELLIER ROBUSTA 3A (triple cubesat)  Mission Méditerranée pour la collecte de données issues de navires pour effectuer des prévisions quantitatives des épisodes cévenols  70 étudiants depuis 2012 Prêt au lancement fin 2018 Lancement prévu en décembre 2016 FALCON 9 (USA) de Vandenberg (Californie)

20 Un des 10 IOD du réseau QB50 Lancement prévu fin 2016 à partir de l’ISS EntrySat (triple cubesat)  Démonstrateur en orbite pour étudier la rentrée atmosphérique CSU DE TOULOUSE NIMPHSAT (triple cubesat)  Validation technologique de composants hyper optique (suite à R&T TAS et CNES) et mini détecteur de particules (ONERA) Prêt au lancement en 2020 JumpSat (triple cubesat)  Démonstration d’un SCAO performant Prêt au lancement en 2021  Avionique, mécanique, énergie, RF (utilisation maximum de sous systèmes existants (JANUS))  SCAO : caractérisation d’équipements (SST, roues, magnétocoupleurs,…)  Missions envisagées ATISE, HESTIA, MILOU, FAAST, ARGOS  Centre de contrôle EntrySat / Station sol VHF/UHF  Centre de contrôle EyeSat / accès réseau 2GHz CNES  Centre de mission EyeSat/ station bande X PROJETS CUBESATS PROJETS SEGMENT SOL ETUDE D’UNE PLATEFORME 12 U (Démonstration en vol 2019)

21 CUBESAT POUR LE RESEAU QB50 Lancement prévu fin 2016 à partir de l’ISS X-CubeSat (double cubesat)  Etude de la thermosphère avec l’instrument FIPEX pour la mesure de l’oxygène atomique CSU DE L’X SERB-Sat (triple cubesat)  Etude du soleil (irradiance totale solaire) et de la Terre (bilan radiatif) Prêt au lancement en 2021

22 IGOSAT (triple cubesat)  Mesure du flux et du spectre des électrons de 1-20 MeV et des gammas dans l’anomalie sud atlantique et les cornets polaires Prêt au lancement fin 2018 CSU PARIS DIDEROT CSU AIX-MARSEILLE CASAA-SAT(double cubesat)  Caractérisation de l’Anomalie Magnétique de l’Atlantique Sud (un capteur de particules et une petite caméra) Prêt au lancement fin 2018

23 Prêt au lancement en 2020 ATISE  Réalisation de l’instrument ATISE pour faire des mesures spectrométriques au limbe des aurores polaires et de l’airglow.  La plateforme sera réalisée par le CUST CSU DE GRENOBLE CSU MARIE CURIE METEOR (triple cubesat )  Détecter et caractériser des météores par photométrie et spectroscopie UV Prêt au lancement en 2021

24 OEDIPE (double cubesat)  Validation technologique de résonateurs MEMS: (Micro ElectroMechanical System) : remplacer des ‘quartz’ dans les applications hautes performances (source RF (500MHz to 4GHz) compacte et faiblement sensible à l’accélération / microbalance gravimétrique pour mesure ultime de masse) Prêts au lancement en 2021 CSU JULES VERNE

25 PROJETS EN REGION PARISIENNE Prêt au lancement prévu fin 2017 (Lanceur AD) OGMS-SAT (triple cubesat)  Démonstrateur en orbite pour étudier la dégradation de matériaux exposés à des radiations solaires (UV, Chaleur). Instrument CRDS (Cavity Ring Down Spectrometer) : mesure du spectre d’absorption de gaz par diodes laser CUBESATS POUR LE RESEAU QB50 Lancement prévu fin 2016 à partir de l’ISS SpaceCube (double cubesat)  Etude de la thermosphère avec l’instrument FIPEX pour la mesure de l’oxygène atomique

26 EyeSat (triple cubesat) Mission d’astronomie pour étudier la lumière zodiacale et la voie lactée et une mission de démonstration technologique PROJET PILOTE JANUS Lancement prévu début 2018 SOYOUZ (Russe) de Kourou ( Guyane) Carte Bande S Carte Bande X Antenne Bande X Antenne Bande S Carte Ordinateur Bord Senseur stellaire Roues à réactions

27 ► REFERENTIEL NORMATIF (DANS LE RNC) POUR LE DEVELOPPEMENT DE SYSTEMES ORBITAUX NANOSATELLITE PAR DES ETUDIANTS  Un guide pédagogique  Des « templates » de documents à écrire durant toutes les phases de développement (spécification Mission, spécification système, spécification nanosatellite, dossier de définition, dossier d’interfaces, plan AIT, plan assurance qualité,…) ROLE DU CNES ► MANAGEMENT DU PROJET JANUS (un chef de projet et un responsable système) ► SUPPORT EN INGENIERIE APPORTE PAR DES EXPERTS CNES DANS LES DIFFERENTES DISCIPLINES DU SPATIAL (RF, SCAO, THERMIQUE, ENERGIE,….)  Conférences, présentation des activités du CNES  Sensibilisation à la LOS (Loi des Opération Spatiales)  Cours dans les différentes disciplines de l’ingénierie spatiale, ► FORMATIONS COMPLEMENTAIRES DES ETUDIANTS ET DES ENCADRANTS ► INGENIERIE CONCOURANTE  Formation des étudiants et des encadrants aux méthodes et outils utilisés par le CNES pour réaliser les PHASE 0, A et B de systèmes orbitaux  8 sessions (de 3 jours chacune) en 2012, 2013,2014, 2016 (+ de 200 étudiants et encadrants formés)  Installation à la demande des outils dans les Centres Spatiaux Etudiants (gratuit) ► MISE EN PLACE D’UNE PLATEFORME COLLABORATIVE JANUS POUR :  Échanges et gestion de documents, Forum de discussions

28 ► SUPPORT FINANCIER (en fonction du besoin) Environ 50% du coût de développement d’un projet (plafonné)  Financement des modèles QM et FM (phase C/D),  Contribution au lancement et aux frais de missions ROLE DU CNES ► MUTUALISATION DE CERTAINS ACHATS  cellules solaires ► DEVELOPPEMENT DE SOUS SYSTEMES STANDARD CUBESAT GRACE AU PROJET PILOTE  Logiciel SCAO,  Logiciel TSP (Xtratum + LVCUGEN)  Calculateur (STEEL)  RF 8Ghz et 2Ghz (SYRLINKS)  Antennes bord (CNES; SAP micro)  Charnières composites (CLIX)  Panneaux solaires