PROBA-3 : la première mission de « vol en formation de précision »

La mission PROBA-3 de l'ESA, qui a décollé à bord de la fusée PSLV-XL de l'ISRO le 5 décembre 2024, est une formation de deux satellites « générateurs d'éclipses solaires » composée d'un occulteur et d'un coronographe. Elle permettra l'observation de la couronne solaire par un occulteur pendant 6 heures sur une orbite de 19 heures et 36 minutes grâce à la création à la demande d'une éclipse solaire totale par l'occulteur de la formation. En tant que démonstration des technologies de vol en formation, la mission PROBA-3 ouvre la voie à une future mission LISA basée sur l'interférométrie (qui sera une formation de trois engins spatiaux dans l'espace) pour la détection d'ondes gravitationnelles (GW) à basse fréquence.

La mission LISA (Laser Interferometer Space Antenna), qui a reçu le feu vert de l'ESA au début de cette année et dont le lancement est prévu en 2035, sera le premier observatoire spatial d'ondes gravitationnelles dédié à la détection et à l'étude des ondes gravitationnelles de basse fréquence (GW) dont la fréquence est comprise entre 0.1 mHz et 1 Hz (ou ondulations en millihertz) provoquées par des distorsions dans la structure de l'espace-temps à travers l'univers. Il s'agira d'une constellation de trois engins spatiaux disposés en triangle équilatéral précis dans l'espace. Chaque côté du triangle mesurera 2.5 millions de km de long. La formation des trois engins spatiaux orbitera autour du Soleil sur une orbite héliocentrique traînant la Terre entre 50 et 65 millions de km de la Terre tout en maintenant une distance moyenne de séparation entre les engins spatiaux de 2.5 millions de km.

La mission LISA s'appuiera sur deux capacités clés : « la détection des ondes gravitationnelles à basse fréquence dans l'espace » et « le vol en formation de précision dans l'espace ». Alors que la technologie nécessaire à la « détection des ondes gravitationnelles à basse fréquence dans l'espace » a été testée en vol et démontrée par la mission LISA Pathfinder entre 2015 et 2017, la technologie du « vol en formation de précision dans l'espace » a récemment été démontrée le 5 décembre 2024 avec la « formation de deux satellites de la mission PROBA-3 pour réaliser une éclipse solaire totale » entrant en orbite hautement elliptique. Elle avait décollé à bord de la fusée PSLV-XL de l'ISRO.

La mission PROBA (Project for On-Board Autonomy)-3 de l'Agence spatiale européenne (ESA) a deux objectifs clés : la démonstration des technologies de vol en formation et l'étude de la couronne solaire interne.

PROBA-3 est la première mission de « vol en formation de précision ». Il s'agit d'une formation de deux engins spatiaux : l'Occulter et le Coronagraph. Le premier (c'est-à-dire l'Occulter) projette une ombre contrôlée avec précision sur le Coronagraph pour produire des éclipses solaires totales à la demande pendant six heures à la fois, ce qui permet d'observer une couronne solaire beaucoup plus faible. Les deux engins spatiaux de la formation sont séparés par une distance de 150 mètres avec une précision de quelques millimètres. Le vol en formation très précis d'unités autonomes dans l'espace est une avancée significative dans la technologie spatiale qui ouvre la possibilité de nouvelles missions telles que la mission LISA basée sur l'interférométrie pour la détection d'ondes gravitationnelles (GW) à basse fréquence dans l'espace qui ne peuvent pas être détectées à l'aide de détecteurs au sol tels que LIGO, VIRGO, etc. ou de Pulsar Timing Arrays (PTA).

Alors que la formation de trois engins spatiaux dans la mission LISA permettra de mesurer (par interférométrie laser) des changements extrêmement faibles dans les distances entre les masses d'essai dans les engins spatiaux causés par des ondulations gravitationnelles, la formation de deux engins spatiaux dans la mission PROBA-3 est conçue pour permettre l'observation de la couronne solaire par un engin spatial coronographe pendant 6 heures toutes les 19 heures 36 minutes d'orbite grâce à la création à la demande d'une éclipse solaire totale par l'engin spatial occulteur de la formation.

Les événements d'éclipse solaire totale naturelle n'offrent pas suffisamment d'opportunités d'observer l'atmosphère extérieure du soleil, c'est pourquoi l'opportunité à la demande offerte par PROBA-3 sera très utile dans l'étude de la couronne solaire et des phénomènes associés pour une meilleure prévision de la météo spatiale et des tempêtes solaires qui sont connues pour perturber les satellites, les infrastructures de communication et les réseaux électriques sur Terre.

Références: