La mission d’Integral, le laboratoire international d’astrophysique des rayons gamma de l’ESA, est de recueillir le rayonnement le plus énergétique provenant de l’espace. Crédit : ESA. Illustration de D. Ducros
Le 22 septembre, vers midi, le vaisseau spatial Integral de l’ESA est passé en mode sans échec d’urgence. L’une des trois “roues de réaction” actives du vaisseau spatial s’était éteinte sans avertissement et avait cessé de tourner, provoquant un effet d’entraînement qui signifiait que le satellite lui-même commençait à tourner.
À la suite de la rotation du vaisseau spatial, les données n’atteignaient que le contrôle au sol de manière inégale et les batteries se déchargeaient rapidement. Avec seulement quelques heures d’autonomie restantes, il semblait possible que la mission de 19 ans soit perdue.
La mission d’Integral, le laboratoire international d’astrophysique des rayons gamma de l’ESA, est de détecter et de collecter le rayonnement le plus énergétique provenant de l’espace. Le vaisseau spatial a été lancé en octobre 2002 et aide à résoudre certains des plus grands mystères de l’astronomie. Crédit : ESA/D. Ducros
L’équipe de contrôle de vol intégral, ainsi que les équipes de dynamique de vol et de station au sol du contrôle de mission ESOC de l’ESA, les équipes de l’ESAC et d’Airbus Defence & Space, se sont mises au travail. Avec une réflexion rapide et des solutions ingénieuses, ils ont trouvé le problème et ont sauvé la mission.
Et sur Terre ?
Un Single Event Upset (SEU) se produit lorsqu’une particule chargée frappe une partie sensible d’un équipement électrique, provoquant un «changement d’état» ponctuel qui perturbe son fonctionnement. Ces particules chargées et « ionisées » proviennent souvent du Soleil lorsqu’il crache de la matière et de l’énergie lors d’éruptions solaires ou d’éjections de masse coronale.
Trois heures pour sauver Integral – que s’est-il passé ? Crédit : ESA
«Je ne pense pas que le SEU à cette occasion ait été causé par notre star locale, parfois grincheuse. Cette frappe s’est produite un jour où aucune activité météorologique spatiale pertinente n’a été observée », explique Juha-Pekka Luntama, responsable de la météo spatiale à l’ESA.
“D’après une discussion avec nos collègues de l’équipe de contrôle de vol, il semble que l’anomalie ait été déclenchée par des particules chargées piégées dans les ceintures de radiation autour de la Terre.”
Les ceintures de radiation de Van Allen sont deux régions en forme de beignet entourant la Terre, où des particules chargées énergétiques sont piégées à l’intérieur du champ magnétique terrestre. Leurs propriétés varient en fonction de l’activité solaire et ils représentent un danger pour les satellites et les humains dans l’espace qui les traversent. Comme le point le plus bas de l’orbite d’Integral n’est plus qu’à 1 500 km de la surface de la Terre, le vaisseau spatial traverse les deux ceintures de rayonnement de son orbite.
« Darmstadt, nous avons un problème »
Integral utilise des « roues de réaction » – des roues qui stockent l’énergie lorsqu’elles tournent – pour contrôler subtilement la direction dans laquelle pointe le vaisseau spatial sans avoir besoin de propulseurs.
Soudainement, l’une de ces roues de réaction s’est arrêtée et, en raison de la loi de conservation de l’énergie, cette force de rotation auparavant dans la roue a dû aller ailleurs – tout le vaisseau spatial. Le vaisseau spatial a commencé à tourner, déclenchant un Mode d’Attitude de Sécurité d’Urgence qui, malheureusement, en raison d’une précédente panne, n’était plus fiable et n’a pas réussi à stabiliser la mission.
L’équipe de contrôle de vol intégral s’est mise au travail pour sauver la mission. Crédit : ESA
La roue de réaction a été réactivée par des équipes au sol, mais le vaisseau spatial a continué à tourner à une vitesse moyenne d’environ 17 degrés par minute (environ une rotation toutes les 21 minutes), tout en oscillant de manière imprévisible autour de ses axes. Cela peut sembler peu, mais le vaisseau spatial tournait à cinq fois son maximum lorsqu’il était sous contrôle.
« Les données provenant d’Integral étaient saccadées, entrant pendant de courtes périodes en raison de leur rotation. Cela a rendu l’analyse encore plus difficile », explique Richard Southworth, directeur des opérations de la mission.
“Les batteries se déchargeaient, car il n’y avait que de courtes périodes de charge lorsque les panneaux faisaient brièvement face au soleil.”
Le premier défi était de diminuer la consommation d’énergie d’Integral pour gagner plus de temps. Les premières estimations de la charge restante avant la panne d’électricité et la perte du satellite n’étaient que de trois heures. Petit à petit, en éteignant divers instruments et composants non critiques, cela est passé à plus de six heures. Prochaine étape – arrêtez la rotation.
Avec le soutien d’experts de l’industrie, l’équipe de l’ESOC a analysé l’état des roues de réaction, en proposant une série de commandes pour modifier leur vitesse et freiner le satellite en rotation. En fin d’après-midi, les commandes ont été envoyées et ont immédiatement réussi, mais encore trois longues heures se sont écoulées avant que le satellite ne soit totalement sous contrôle et hors de danger immédiat.
Le moment ‘Apollo 13’ d’Integral
« Tout le monde a poussé un énorme soupir de soulagement. C’était très proche, et nous avons été extrêmement soulagés de sortir le vaisseau spatial de cette expérience de « mort imminente » », se souvient Andreas Rudolph, chef de la division des missions d’astronomie au département des opérations de mission de l’ESOC.
« La plupart des membres de l’équipe de contrôle travaillaient à domicile à ce stade – je suivais les opérations depuis le train ! – et a travaillé jusqu’à quatre heures du matin pour que le vaisseau spatial soit complètement stable, qu’il se remette en position et qu’il fasse face au Soleil pour recharger ses batteries.
Vue d’artiste des mécanismes d’un système binaire en interaction. L’étoile compagnon supermassive (sur le côté droit) éjecte beaucoup de gaz sous forme de « vent stellaire ». Le trou noir compact est en orbite autour de l’étoile et, en raison de sa forte attraction gravitationnelle, recueille une grande partie du gaz. Une partie est canalisée et accélérée dans un disque chaud. Cela libère une grande quantité d’énergie dans toutes les bandes spectrales, des rayons gamma au visible et à l’infrarouge. Cependant, le gaz restant entourant le trou noir forme un nuage épais qui bloque la majeure partie du rayonnement. Seuls les rayons gamma très énergétiques peuvent s’échapper et être détectés par Integral. Crédit : ESA
Malheureusement, quelques heures plus tard, alors que l’équipe se réunissait à nouveau pour discuter des prochaines étapes, le vaisseau spatial a recommencé à tourner, ses roues de réaction tournant à nouveau à grande vitesse. La raison de cela n’est toujours pas complètement comprise, mais on pense qu’elle est associée à une “occultation du suiveur d’étoiles” ou à un “aveuglement” qui n’a pas été gérée correctement par les systèmes de contrôle du satellite – efficacement lorsque la Terre gêne la vue du vaisseau spatial sur les étoiles, qu’il utilise pour s’orienter.
L’équipe a répété les étapes des jours précédents pour stabiliser le vaisseau spatial et revenir à une position de pointage solaire, cette fois sans gêner les traqueurs d’étoiles. La récupération n’a pris que quelques heures, mettant en pratique les leçons apprises de la première fois.
La vue la plus nette de Hubble sur la nébuleuse d’Orion. Cette image dramatique offre un aperçu à l’intérieur d’une “caverne” de poussière et de gaz où des milliers d’étoiles se forment. L’image, prise par l’Advanced Camera for Surveys (ACS) à bord du télescope spatial Hubble de la NASA, représente la vue la plus nette jamais prise de cette région, appelée la nébuleuse d’Orion. Plus de 3000 étoiles de différentes tailles apparaissent dans cette image. Certains d’entre eux n’ont jamais été vus en lumière visible. Crédit : NASA, ESA, M. Robberto (STScI/ESA) et l’équipe du projet Orion Treasury du télescope spatial Hubble
Integral est depuis resté sous contrôle et à partir du 27 septembre, tous les systèmes sont de nouveau en ligne. Depuis le 1er octobre, après une longue vérification, ses instruments sont de retour pour observer l’Univers à haute énergie.
L’un des premiers objectifs d’Integral sera d’observer les étoiles massives dans la région d’Orion et d’étudier l’impact sur leur environnement lorsqu’elles deviennent des supernova.
« Nous sommes également revenus aux observations de« cibles d’opportunité », ce qui signifie qu’Integral réagit à nouveau rapidement pour étudier des événements explosifs inattendus dans l’Univers », déclare Erik Kuulkers, scientifique du projet de l’ESA pour Integral.
Vue d’artiste d’Integral. Crédit : ESA
Un problème de poussée
Ce n’est pas la première fois que cette mission vieille de près de 20 ans fait peur à l’équipe de contrôle du centre d’opérations ESOC de l’ESA. L’année dernière, Integral a déclenché ses propulseurs pour la dernière fois peut-être prévue, après une défaillance de son système de propulsion.
C’est ce système de propulsion déficient qui signifiait qu’un mode sans échec normalement rectifiant était inefficace à cette occasion. Le mode étant désormais désactivé, l’équipe de contrôle travaille sur une nouvelle séquence de sauvetage automatique qui devrait imiter de nombreuses opérations effectuées après cette anomalie, mais beaucoup plus rapidement.
Lorsque le système de propulsion a échoué, l’équipe s’est rendu compte qu’elle devrait apprendre à manœuvrer le satellite de quatre tonnes en utilisant uniquement ses roues de réaction très sensibles, pour décharger de l’énergie à des périodes régulières et contrer les forces sur le vaisseau spatial, y compris la légère poussée de la lumière du soleil. . C’était une solution qui n’avait jamais été essayée auparavant.
« Au début, je ne croyais pas que c’était possible. Nous avons vérifié avec nos collègues de la dynamique de vol et la théorie a indiqué que cela fonctionnerait. Après avoir fait une simulation, nous l’avons testé sur le vaisseau spatial. Cela a fonctionné », explique Richard.
« Grâce à notre équipe à l’esprit vif et à l’aide d’experts de tous les secteurs, Integral continue de vivre. Âgé de près de deux décennies, il dépasse de loin les attentes de ce qui devait être une mission de cinq ans. »
Écoutez Richard raconter l’histoire du sauvetage et de la mise à niveau précédents d’Integral et de l’incroyable travail d’équipe qui a sauvé la mission, dans le dernier épisode de la Podcast de l’ESA sur les opérations spatiales.
