IAF – 3AF et nos Etudiants

IAF – 3AF et nos Etudiants
Bénédicte Escudier (Sénior 3AF) - Gérard Laruelle (Emérite 3AF)
Justine Gontier - Emilien Fabacher
Congrès International d’Astronautique / Student Conference
Depuis les années 70, dans le cadre du Congrès International d’Astronautique (IAC) organisé
par l’International Astronautical Federation (IAF) se déroule un concours étudiant appelé
International Student Conference. Il était à Pékin en 2013, il sera à Toronto en 2014.
Ainsi, tous les ans, fin septembre, une compétition se déroule au sein du congrès IAC pour
les jeunes. Elle est basée sur deux sessions d’une demi-journée où les étudiants de
l’enseignement supérieur (niveau Bachelor of Science jusqu’au doctorat) présentent leurs
travaux réalisés pendant leur scolarité, un stage en entreprise ou une thèse. Les papiers et
les présentations sont évalués par un jury international (professeurs, ingénieurs, …) et un
classement est effectué. Les coordonnateurs de la Student Conférence attribuent alors les
prix proposés par les différences sociétés savantes participantes (3AF, DGLR, RAeS, …) selon
le classement et le niveau des étudiants (Undergraduate ou Graduate).
Les étudiants, pour pouvoir participer au concours, doivent être soutenus par une société
savante de leur pays ; pour la France, c’est la 3AF qui assure cette mission. En pratique,
Bénédicte Escudier et Gérard Laruelle, lancent chaque année en mai, un appel à
candidatures auprès des écoles et universités françaises ayant des actions d’enseignement
dans le domaine spatial. En parallèle, ils constituent un jury formé de quelques experts du
domaine. Le jury désigne les deux étudiants qui représenteront la France en septembre, au
prochain colloque IAC. La 3AF et parfois un sponsor assurent le financement de la mission de
ces deux jeunes. En 2013, 3AF et ISAE se sont organisés pour permettre les missions à Pékin
de Justine Gontier et Emilien Fabacher.
Justine Gontier, étudiante à l’ISAE-ENSICA, avec ses co-auteurs : Carlos Hervas-Garcia
(ISAE- ENSICA), Joel Bordeneuve-Guibe (ISAE – Université de Toulouse) et Christine Espinosa
(ISAE) a ainsi présenté le papier suivant :
CANSAT
Multiphysics experimental design of a small satellite automatic
and precise come back mission
Emilien Fabacher, étudiant à Sup’Aéro (ISAE) a de son côté présenté le papier suivant :
Finding Multiple Sun-Earth Saddle-point flybys for LISA Pathfinder
Le travail de Justine Gontier
Justine nous parle du projet CANSAT :
Le terme CanSat résulte de la fusion de deux mots : «Canette» et «Satellite» ; le CanSat est
une petite sonde spatiale de la taille d’une canette de soda. Ce projet étudiant a été mis en
place par le CNES et l’association «Planètes Sciences» dans l’optique d’un concours
international. L’ENSICA participe à ce concours depuis 2009.
Lors de ce concours au C’Space, la petite sonde est lâchée depuis un ballon captif gonflé à
l’hélium à une altitude comprise entre 80 et 150 mètres. Durant sa chute contrôlée par un
parachute, le CanSat doit réaliser plusieurs missions :
-
-
La première est une mission obligatoire et consiste à faire des mesures de pression et de
température pour lesquelles nous avons utilisé des capteurs et à les transmettre en
temps réel à une station sol.
Pour les missions libres, nous avons réalisé deux actions : filmer le vol de la sonde et faire
un atterrissage de précision d’où l’appellation «come-back» de la mission. L’objectif est
d’atterrir le plus près possible d’une cible définie au préalable par des coordonnées GPS.
Afin d’optimiser nos chances de remporter le concours CanSat qui a eu lieu fin août 2013 à
Biscarrosse, nous avons créé notre propre moyen d’essai : un ballon captif solaire. Cela nous
a permis de réaliser plusieurs tests. Largué à une altitude de 60 mètres, notre CanSat a ainsi
déjà atterri à 5 mètres de la cible.
Lors du concours, le vent était plus important, ce qui était défavorable pour notre CanSat, du
fait de sa petite taille et sa faible masse. Les résultats que nous avons obtenus pour la
mission « come-back » ont donc été moins probants : largué à 140 mètres d’altitude, notre
CanSat a atterri à 20 mètres de sa cible.
Par ailleurs, cette année, nous étions la première équipe à présenter au concours CanSat du
C’Space un deuxième type de CanSat, avec un volume de 1litre (contre 33 cl
précédemment). Ce CanSat a aussi été intégré dans une reproduction au 1/25ème de la
fusée Soyouz conçue par une équipe étudiante de l’université de Samara en Russie. La fusée
a été lancée au C’Space avec le CanSat à l’intérieur qui a été largué à une altitude de 600
mètres.
En conclusion de ce concours C’Space 2013, nous avons obtenu la première place pour le
CanSat de 1 litre et la 3ème pour celui de 33 cl.
Le travail d’Emilien Fabacher
Emilien nous présente ses travaux :
Plus de 70 ans après que son existence ait été postulée pour la première fois, la Matière
Noire reste un mystère. Malgré des efforts de recherche importants, aucune particule
pouvant s’apparenter à une telle matière n’a été découverte et cette théorie n’est toujours
pas prouvée. Par conséquent, d’autres théories ont été développées pour expliquer les
phénomènes que l’invocation de Matière Noire permet jusqu’à aujourd’hui d’expliquer.
Ainsi, le problème de la courbe de rotation des galaxies spirales, problème qui est à l’origine
de la création de la théorie de la Matière Noire, peut être expliqué par des théories basées
sur la modification des lois de gravitation ; MOND (MOdified Newtonian Dynamics) est l’une
de ces théories. Celle-ci reste également à prouver, mais elle pourrait l’être dans un avenir
proche, grâce à la mission LISA Pathfinder de l’Agence Spatiale Européenne.
La théorie MOND consiste en la modification des lois de Newton, dans le cas où
l’accélération gravitationnelle autour d’un objet est inférieure à un seuil de 10 -10 m.s-2.
L’accélération gravitationnelle exercée par le Soleil au niveau de l’orbite terrestre étant
approximativement égale à 6.10-3 m.s-2, on pensait jusque récemment qu’il serait impossible
de vérifier cette théorie. Mais il a été montré en 2006 que des points existent à l’intérieur du
Système Solaire où les effets de MOND sont mesurables : les points notés SP (Saddle Point,
en anglais) où le gradient de gravité s’annule.
Ces points, appelés « points selles », sont des points où s’équilibre l’ensemble des forces
gravitationnelles. Il en existe un entre la Terre et le Soleil, situé à environ 259 000 km de la
Terre, sur l’axe Terre-Soleil. Pour mesurer les effets de la théorie MOND, il suffirait de faire
passer une sonde à moins de 400 km de ce point, qui est approximativement la longueur du
demi-petit axe d’un ellipsoïde dans lequel les effets prédits par cette théorie ne seraient pas
masqués par la gravité du Soleil.
Or la mission LISA Pathfinder, dont le lancement est prévu en 2015, emportera un
instrument dont la précision serait suffisante pour mesurer ces effets. De plus, l’orbite
choisie pour cette mission est une orbite « de halo » autour du point de Lagrange L1 du
couple Terre Soleil. Ce point d’équilibre, autour duquel il est possible de placer un satellite
en orbite, est situé entre la Terre et le Soleil, à approximativement 1 500 000 km de la Terre
sur l’axe Terre-Soleil.
L’idée de base de mon projet est donc de chercher des trajectoires permettant à la sonde
LISA Pathfinder de passer par le point SP, une fois sa mission autour de L1 terminée.
Figure 1: Géométrie du problème. Le repère est fixe par rapport à la Terre et au Soleil. La ligne rouge représente
une vue 3D de l’orbite, la ligne bleue représente sa projection sur le plan de l’écliptique. Dans le cas où rien ne serait fait,
la sonde LISA Pathfinder aurait une trajectoire de ce type après sa mission, et échapperait à l’influence de la Terre.
Trouver de telles trajectoires se révèle être un défi important. En effet, il a été estimé que la
quantité de carburant disponible à la fin de la mission serait équivalente à un ΔV de 4 à 8
m.s-1, ce qui est extrêmement faible comparé au ΔV de 3 km.s -1 utilisé pour permettre à la
sonde de rejoindre son orbite nominale à partir une orbite de type LEO (Low Earth Orbit). La
complexité du problème est accrue par le fait que LISA Pathfinder est équipée d’un système
de propulsion électrique.
Les trajectoires que j’ai réussies à créer permettent de prouver la faisabilité de l’extension
de mission. LISA Pathfinder représente donc l’opportunité unique de vérifier une théorie qui
pourrait bouleverser notre compréhension de l’univers. La mise au point d’une mission
spécialement dédiée à cette expérience aurait en effet un coût prohibitif, qui repousserait
certainement de plusieurs dizaines d’années de telles mesures.
La qualité des travaux de ces deux étudiants méritaient bien d’être mis en valeur et de les
envoyer à Pékin pour représenter la France et valoriser la 3AF, société savante française du
domaine aérospatial.
Leur séjour à Pékin en septembre 2013
Justine et Emilien nous parlent de leur séjour à Pékin et de leur participation à la Student
Conference :
L’IAC à Pékin était une expérience extraordinaire ; la conférence elle-même s’est montrée
très enrichissante. Après une cérémonie d’ouverture digne des Jeux Olympiques, nous nous
sommes en effet sentis témoins privilégiés des évènements de l’actualité spatiale
internationale, puisque les dirigeants des agences spatiales majeures participaient pendant
toute la semaine aux conférences. Outre le fait que nous ayons pu assister à de très bons
exposés scientifiques et discuter avec ceux qui avaient réalisé ces études, nous avons aussi
eu la chance de rencontrer des légendes de la conquête spatiale, comme Buzz Aldrin et Dr.
Stone (qui fut en charge des projets Voyager).
Nous avons-nous mêmes présenté nos travaux (non sans avoir le trac, il faut l’avouer), au
cours de la session étudiante. Cette présentation s’est très bien déroulée pour tous les deux,
et Emilien a remporté la compétition étudiante, recevant pour cela la médaille Pierre
Contensou de la 3AF lors de la cérémonie de clôture le dernier jour.
Bien entendu, nous avons profité d’être à Pékin pour visiter la capitale chinoise, car ni l’un ni
l’autre n’avions eu l’occasion d’aller en Asie avant. C’est donc avec une grande curiosité que
nous avons découvert la cité interdite, et même la grande muraille de Chine, notamment.
Pour cette occasion extraordinaire de présenter notre travail à un congrès international, et
pour l’expérience inoubliable qu’a représenté cette semaine en Chine pour nous, nous
souhaiterions remercier vivement la 3AF et l’ISAE, qui suite à un concours national de
sélection nous ont sponsorisés pour aller en Chine.