CAMPUS SPATIAL CURIESAT À L`UPMC PROJETS

Contexte des Nanosatellites à l’UPMC
CAMPUS SPATIAL CURIESAT À L’UPMC
PROJETS NANOSATELLITES ÉTUDIANTS
Nicolas Rambaux (UPMC-IMCCE)
Dimitri Galayko (UPMC-LIP6)
! 
! 
Concept initié en 1999 avec le format
Cubesat à Cal Poly à San Luis Obispo
et à l’Université Stanford.
En France, forte impulsion du CNES et
en septembre 2013 entrée dans le
programme JANUS
Arianespace
Satellites Etudiants
! 
! 
UFR – 30/01/14
Séminaire enseignement
Objectifs du campus spatial UPMC
! 
! 
! 
! 
Formation des étudiants à différents corps de métiers (orbitographie,
optique, électronique, thermique, informatique... jusqu'à la gestion de
projet et à la communication) ;
Cadre très proche du cadre professionnel en relations avec des
ingénieurs et des chercheurs ;
UPMC développe un projet
pédagogique (incluant 31 étudiants
de L1 à M2) basé sur deux missions
aujourd’hui en phase 0.
Partenariat avec l’Observatoire de
Paris (ESEP, CERES, journée commune
en décembre) et contact avec le
MNHN et l’UTC (en cours).
! 
Objectif final : conception, élaboration et exploitation de missions
spatiales à objectifs scientifiques.
eunes en
pprentissage pour la réalisation de
anosatellites au sein des
niversités et des écoles de l’enseignement
upérieur
! 
Deux missions spatiales sont en cours d’étude :
la mission Meteor et la mission Circus
Meteor : mesure du spectre des météores en UV pour
analyser la composition des météoroïdes
!  Porté
par l’IMCCE (Nicolas Rambaux, Jérémie Vaubaillon)
et le LATMOS (Jean-François Mariscal)
! 
Circus : mesure in-situ du spectre radio du plasma
ionosphérique
!  Porté
! 
LE PROJET
J
A
N
U
S
Projets : deux missions
Travail collaboratif pour mener un projet à terme en respectant un
planning ;
Intégration de ces activités dans les parcours de formation de Licence
(L1-L3) et de Master (M1-M2) ;
Direction du Centre de Toulouse (DCT)
par le LESIA (Arnaud Zaslavsky, Milan Macsimovic)
Organisation/Budget/
Communications
Projets
! 
Meteor
Développement d’un cubesat
Structure/configuration/
Mécanique
CIRCUS&
- 
- 
- 
!  Spectromètre
UV (calibration,
Characterization!of,the!Ionosphere!using,a,Radio,receiver,on,a,CUbe,Sat,
Arnaud,Zaslavsky,et,Milan,Maksimovic,
tests de qualification par les
!
étudiants)
!
1.!Contexte!et!objectifs!scientifiques!
!  Caméra visible
!
A. L’ionosphère!
!
!  Plateforme cubesat (étudiants)
L’altitude! moyenne! de! l’orbite! prévue! pour! le! CubeSat! est! de! quelques! centaines! de! kilomètres.! A!
Circus
- fonctionnelle (GPS, transmetteur)
- transfert de données
- Segment au sol
Charge utile :
Thermique:
Optique/caméra
Spectroscope
Antenne radio,
Récepteur radio
© nasa
! 
Télécommunication
Payload
Déploiement d’antenne,
de panneaux solaires
cette! altitude,! l’atmosphère! terrestre,! fortement! ionisée! par! le! flux! ultraCviolet! en! provenance! du!
soleil,!est!nommée!«!ionosphère!».!
!
- Bouclier
- Bilan
Le satellite Robusta © C. Ramade
Energie/Alimentation
!  Développement
et qualification
d’un récepteur TNR-HF (post-docs
et doctorants)
!  Plateforme cubesat (étudiants)
- Batteries
- Panneaux solaire
- Gestion d’énergie
Science/Développement
technologique
!
Représentation,schématique,de,l’ionosphère,:,différentes,couches,et,anisotropie,jour/nuit.,
Zaslavsky 2013
!
L’ionosphère! est! un! milieu! complexe! dont! la! physique! est! dominée! par! deux! effets!:! la! photoC
ionisation! des! molécules! de! l’atmosphère,! et! la! recombinaisons! des! ions! lorsqu’ils! rencontrent! un!
électron!libre.!La!première!est!dominante!du!côté!jour,!où!les!concentrations!d’électrons!libres!sont!
de!l’ordre!de!106!cmC3.!La!seconde!domine!du!côté!nuit,!réduisant!à!presque!0!la!densité!d’électrons!
dans!les!zones!basses!et!denses!(couches!D!et!E)!mais!laissant!à!haute!altitude!(couche!F)!et!selon!
l’activité!solaire,!une!certaine!quantité!d’électrons!libres.!!
!
Ce!milieu!dilué!et!électriquement!chargé!(un!plasma)!modifie!
fortement! la! propagation! des! ondes! électromagnétique,!
jusqu’à! leur! être! totalement! opaques! pour! des! fréquences!
plus!petites!que!sa!fréquence!de!résonance,!dite!«!fréquence!
plasma!»,!fp!≈!9!ne1/2.!Dans!la!couche!F!de!l’ionosphère,!cette!
fréquence!est!de!l’ordre!de!5!C!10!MHz,!et!explique!pourquoi!
l’atmosphère!est!opaque!aux!ondes!radio!au!dessous!de!cette!
fréquence.! Cette! propriété! a! des! conséquences! importantes!
en! radioCastronomie,! mais! aussi! dans! des! domaines!
industriels!(GPS,!radioCcommunications,!…).!!
!
La! figure! de! droite! montre! l’évolution! des! densité! et!
température!de!l’ionosphère!en!fonction!de!l’altitude.!
Calendrier prévisionnel
Contrôle d’atitude
- Magnéto-coupleur
- autres
Lancement
Travail réalisé
! 
M2 OSAE (OP, UPMC, Paris7, Paris11)
Circus
!  Meteor
!  Activité commune (contrôle d’attitude)
! 
!
! 
Filières Ingénierie :
L1,L3 Cursus Master et Ingénierie (2 et. S1 2015)
M2 Capteurs, Mesures et Instrumentations
!  M2 Systèmes Communicants
!  M1 Syst. Electronique et Syst. Informatique (1 et. S1 2015)
! 
! 
! 
Filières Physique :
! 
L3 Physique Fondamentale (4 étudiants au S1 2015)
M1 Physique Fondamentale
Depuis 2013, 31 étudiants de L1 à M2 soit dans des UE, soit au cours
de stages.
Utilisation du CIC fourni par le CNES (2 jours d’études 2 étudiants et
un encadrant).
! 
! 
- 2013-2014 phase préliminaire de développement
- 2eme trimestre de 2014 : Revue De Mission
! 
Organisation/Budget/
Communications
Structure/configuration/
Mécanique
- 
- 
- 
Encadrants, proposants de charge utile,
experts et collaborateurs
Répartition des travaux
Télécommunication
Payload
Déploiement d’antenne,
de panneaux solaires
- fonctionnelle (GPS, transmetteur)
- transfert de données
- Segment au sol
M2 Syscom
Charge utile :
L1 (2) + M2 OSAE (3)
+ M1 PF (1) + L3 PF(1)
+ L3 PF(2) + M1 SESI(1)
+ L1 (CMI) (2)
• 
J.F. Mariscal (LATMOS), F. Colas (IMCCE), J. Vaubaillon
(IMCCE), M. Birlan (IMCCE), T. Fouchet (LESIA),
F. Dehours (L2E), G. Alquie (L2E), P. Ketchut (LATMOS), A.
Zaslavsky (LESIA), M. Maksimovic (LESIA),…
• 
P. Boissé (IAP), Y Berthaud (JLRDA), E. Encrenaz-Tiphène
(LIP6)
• 
Experts locaux : M. Dudeck (Jean Lerond D’Alembert/
UPMC); M. Capderou (LMD/UPMC); C. Laux (Ecole
Centrale Paris); J.L. Rault.
(7)
Thermique:
Optique/caméra
Spectroscopie
Antenne radio,
système embarqué
- Bouclier
- Bilan
L3(1)
Le satellite Robusta © C. Ramade
Energie/Alimentation
- Batteries
- Panneaux solaire
- Gestion d’énergie
L3 (1) + M1 (2)
Science/Développement technologie
Contrôle d’atitude
- Magnéto-coupleur
- autres
L3 (1) + M2 CMI (2)
+ M2 OSAE (2) +
M1 CMI (1)
Lancement
L3 PF(2)
Exemple Meteor
Orbital scenario for the mission
Le schéma ci-dessous (Figure 11) illustre le scénario d'observation 1 :
! 
Meteor
!  Spectromètre
UV (calibration,
tests de qualification par les
étudiants)
!  Caméra visible
!  Plateforme cubesat (étudiants)
Nasa
Figure 11 : Scénario d'observation 1 du nanosatellite
Orbitographie
!  Télécommunication
!  Stratégie d’observation
!  Spectromètre UV
! 
Orbit
Ceci n'est qu'une première estimation du scénario d'observation. Il faudra néanmoins vérifier par un
calcul les durées de guidage et d'observation lorsque l'on sera fixé sur les différents éléments qui
composent le nanosatellite.
Altitude
C. Scénario 2
Ascending
node
Inclination
Orbital period
Un autre scénario d'observation pourrait être possible avec une orbite équatoriale c'est-à-dire une
Heliosynchronous
700-800
98.5 minutes
orbite qui
suit le plan km
formé par10h30
l'équateur. On aurait alors98.7°
les mêmes modes de fonctionnement
que
Michel-Andres Breton, stage M1, 2014
dans le scénario 1 et avec des durées de recharge et d'observation qui resteraient globalement les
mêmes. Un inconvénient est que l'on limite la visibilité du nanosatellite avec une telle orbite. En
effet, seules les stations d'observation proches de l'équateur pourront communiquer avec le
nanosatellite. L'avantage en revanche, est qu'à chaque tour autour de la Terre, on passe au-dessus de
la station d'observation contrairement à l'orbite précédente. Le schéma ci-dessous (Figure 12)
illustre le scénario d'observation 2 :
Orbitographie
Orbitographie
CIC CNES, VTS
Etude de deux scénarios : mesure au nadir et mesure au limbe.
(Chariet et Fayolle2014, M2)
STELA
(Clave et Amelot 2015, L3)
Charge utile : spectromètre UV
Appendix B
! 
Permet de respecter la LOS
! 
Achat du spectromètre MayaPro de Ocean Specifications
Optics
(UFR de physique et d’Ingénierie).
Overview
This appendix contains information on spectrometer operation, specifications, and system compatibility.
It also includes accessory connector pinout diagrams and pin-specific information.
How the Maya2000 Series Works
Tester le spectromètre (L3 en cours)
!  Protocole de spatialisation
! 
(J. Orzekowska 2013, L3)
The optical bench has no moving parts that can wear or break; all the components are fixed in place at the
time of manufacture.
020-00000-000-02-201207
Ocean Optics
18
Télécommunication // Segment au sol
Station sol UHF/VHF
!  Antenne à hélice
!  Plateforme
d’observation
à l’UPMC
Futurs développements
! 
! 
!  Facultés
!  CNES
!  ESEP
! 
! 
Réalisation
avec le Fablab ?
! 
! 
! 
! 
d’Ingénierie, de Physique et TEB (UPMC);
;
;
Contacts en cours et en projet
!  Fablab
UPMC;
!  Université Technologique de Compiègne ;
!  Réponses aux appels d’offres (en projet) ;
ISSIS, Cubesatshop
En conclusion
! 
Soutien actuel des projets
Activités liées au spatial intégrées au cursus des étudiants ;
Activités liées à la Mécanique du point, thermodynamique, étude des
plasmas, spectroscopie, optique, TD, TP, projet,…
Contacts
! 
!  Dimitri
Galayko : [email protected]
!  Nicolas Rambaux : [email protected]
Encadrement par des ingénieurs, chercheurs et enseignantschercheurs.
Mise à disposition de moyens : une salle de 40m2, un IR va être
recruté en 2015;
Mettre à disposition des informations, outils et savoir-faire acquis
lors des travaux étudiants passés pour assurer la continuité entre
promotions (plateforme Sakai) ;
Coordinateurs du projet
! 
! 
http://www.nanosat.upmc.fr
Localisation : Bâtiment Esclangon, 1er étage, salles
110 et 112