NANO-FISICA Proposition Nanosat - Laboratoire d`Astrophysique de

TITLE : Proposition Nanosat
REF. : LAM-PJT-FIS-RAO-1010
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ISSUE : 1
DATE: 2/10/2012
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NANO-FISICA
Proposition Nanosat
Réponse à l’Appel à idées pour la charge utile scientifique
dans le cadre du Programme Nanosats 2012-2016 du LAM
Élaborée par
Sebastien Vives et Kjetil Dohlen
avec le concours et la supervision scientifique de
Annie Zavagno
Change Record
Issue
Rev. Paragr. Page Date
Observations
1
0
Proposition soumise
2/10/12
Distribution
Name
Affiliation
Marc Ferrari
LAM
x
Sebastien Vives
LAM
x
Kjetil Dohlen
LAM
x
Annie Zavagno
LAM
x
Printed: 02/10/2012 at 14.06.24
1.0
File: FISICA-NanosapProp_2012_v10.doc
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1. INTRODUCTION ET DESCRIPTION DU CONTEXTE
La moitié de l’énergie émise par les étoiles et objets d’accrétion nous arrive sous forme de
rayonnement infrarouge lointain (FIR, 30-300µm). L’information contenue dans ces bandes est la
clé pour comprendre comment le gaz et les poussières interstellaires se transforment en étoiles et
planètes, comment les galaxies se sont formées, d’où viennent les trous noirs, ...
L’exploration de l’univers dans ces bandes a déjà commencé, notamment grâce aux satellites
lancés par l’Agence Spatiale Européenne, ISO en 1995 et Herschel en 2009, ce dernier étant
toujours en opération. La prochaine étape a été identifiée par l’ESA comme celui d’un
interféromètre spatial infrarouge (FIRI), permettant d’accéder à une résolution spatiale
correspondant à celui des grands télescopes terrestres dans le visible. En particulier, FIRI serait
capable d’observer toutes les étapes de la formation de systèmes planétaires et d’y reconnaitre
des planètes de type terrestre par le biais de sa capacité d’imager des structures dans les nuages
de poussières.
Afin de développer les technologies nécessaires pour un tel instrument, un consortium de
laboratoires anglais, français, italiens, irlandais et canadiens a lancé le projet FISICA, Far Infra-red
Space Interferometer Critical Assessment. Ce projet vient de démarrer avec un soutien européen
FP7. Le LAM s’implique naturellement dans FISICA grâce à son historique à la fois scientifique et
technique:
- Participation scientifique et technique aux instruments LWS d’ISO et SPIRE de Herschel,
- Leader du programme R&D StarTiger de l’ESA, adressant la problématique de vol en formation,
et PI du projet ASPIICS de coronographe solaire à occulteur externe.
En plus de ces activités historiques, le LAM se lance dans le développement d’une filière
« Nanosat » en collaboration avec des étudiants de l’université Aix-Marseille (AMU). Le présent
document constitue notre réponse à l’appel pour la charge utile scientifique lancé dans ce contexte
(http://lam.oamp.fr/formation/nanosat/).
Nous proposons ainsi, dans le cadre du projet de R&D FP7 FISICA et en collaboration avec l’INAF
(Rome), un projet de qualification spatiale d’une technologie d’accéléromètre hyper-précis,
composant critique pour un futur interféromètre spatial. Le but de ce projet sera de développer une
charge utile permettant de démontrer la survie de ce composant au lancement et son bon
fonctionnement en orbite.
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2. DESCRIPTION DU PROJET ET DE LA CHARGE UTILE
Pour le futur interféromètre IR lointain (FIRI), l'asservissement des satellites volant en formation
est un point délicat. En effet pour atteindre la précision et la stabilité requise entre les différents
bras de l'interféromètre l'utilisation de moyens de contrôle de nouvelle génération s'avère
nécessaire.
En particulier, la boucle de contrôle de la formation intégrera des accéléromètres 3-axes bassefréquence de haute précision chargés de mesurer les déplacements entre les satellites.
Ce type d'accéléromètre est encore en cours de développement. Dans le cadre du projet R&D FP7
FISICA, nous proposons de valider les performances d'un tel accéléromètre en collaboration avec
l'INAF et AGI (Assist in Gravition and Instrumentation, Italie) qui développent actuellement un
prototype.
L'utilisation d'un nano-satellite permet d'atteindre un niveau de maturité extrêmement élevé (TRL
8-9) dans un délai réduit et pour un investissement (financier et personnel) relativement faible.
C'est pour cette raison que nous privilégions cette approche avec FISICA.
En l'état actuel, le prototype d'accéléromètre ne peut pas être intégré sur un nano-satellite
"classique" (1kg, 1L, 1W). En effet, les ressources disponibles ne sont pas compatibles avec les
caractéristiques actuelles du prototype.
La photographie ci-dessous montre la version la plus récente du prototype développé par AGI. Ces
dimensions sont typiquement: 155x125x125mm pour une masse de 2.5kg et une consommation
inférieure à 75mW. Cependant, la validation d’un seul axe permettrait de répondre au besoin du
projet et de rendre compatible la charge utile avec les ressources disponibles sur un nano-satellite.
La charge utile que nous proposons serait donc constituée d’un accéléromètre basse-fréquence de
haute précision et d’un moyen de mesure optique intégré pour valider les performances de
l’accéléromètre en vol.
Le développement de cette charge utile se fera en 3 étapes (sur 3 ans) selon un calendrier
prévisionnel donné dans la section suivante.
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3. PLAN DE DEVELOPPEMENT ET PLANNING
Le calendrier de ce projet doit se conformer aux deux contraintes : d’une part celui du projet
FISICA, dont le calendrier, fixé par le consortium, a été accepté par l’Union Européenne, et d’autre
part celui d’un projet nanosat effectué par des étudiants dans un contexte universitaire.
Dans le cadre du projet FISICA, le laboratoire s’est engagé à fournir le développement d’un
concept de validation d’une technologie clé de FIRI par la voie d’un nano-satellite, et de fournir un
banc de test validant ce concept. Dans notre proposition de projet nanosat, ce banc constituera la
charge utile dont le développement sur 3 ans est parfaitement en phase avec le développement
d’un nano-satellite sur 4 ou 5 ans. En effet, la charge utile est systématiquement en avance de
phase par rapport au nano-satellite.
En fonction de l’organisation du projet, la charge utile pourra :
•
soit être entièrement développée par les étudiants (à partir de la deuxième année) avec un
support de l’équipe du LAM
•
soit être fournie par l’équipe du LAM à l’équipe nano-satellite (fin de l’année 3).
Dans tous les cas, l’équipe du LAM fournira un support pour la définition des interfaces entre la
charge utile et le nano-satellite.
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4. FINANCES ET RESSOURCES HUMAINES
Le développement de la charge utile est entièrement financé par le projet FISICA sous le WP 2.7.
Une participation au développement du satellite pourra également être envisagée.
FISICA finance un CDD (3 ans, niveau IR) au LAM qui sera en grande partie dédié au projet.
Comme pour tout financement européen, une contrepartie du LAM sera demandée sous forme de
ressources humaines mis à disposition du projet. Selon la proposition faite à la direction du LAM
en Novembre 2011 (LAM-PJT-FIS-RAO-1001), la prévision pour le WP 2.7 est de 46 homme-mois,
dont 13 permanents.
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