Le minisatellite Proba-1 de l’ESA a été mis en orbite il y a deux décennies. Il reste cependant pleinement opérationnel, ce qui en fait la plus ancienne mission d’observation de la Terre de l’Agence. Proba-1 a à peu près la taille d’un réfrigérateur d’hôtel, mais abrite deux instruments d’observation de la Terre ainsi que de nombreuses premières technologiques. Crédit : ESA
Le 22 octobre, il y a vingt ans, le premier petit satellite de l’ESA, Proba-1 (Project for On Board Autonomy), était lancé avec un seul objectif : prouver des technologies dans l’espace.
Mais, une fois en orbite, ce même petit satellite s’est rapidement avéré n’être pas si petit dans ses capacités.
Aujourd’hui, vingt ans plus tard, Proba-1, qui était censé ne survivre que deux ans, est toujours aussi solide en tant que mission d’observation de la Terre et son héritage est déjà pérenne pour la prochaine décennie.
Mesurant seulement 60 x 60 x 80 cm, Proba-1 effectue de manière autonome des traitements avancés de guidage, de navigation et de contrôle, ainsi que la gestion des ressources de charge utile. Ses deux instruments d’imagerie – le spectromètre imageur compact à haute résolution (CHRIS) et la caméra panchromatique haute résolution (HRC) – ont fourni plus de 1 000 images de plus de 1 000 sites. Les images ont été vitales pour surveiller plusieurs problèmes environnementaux, de l’évaluation de l’impact des différentes stratégies d’utilisation des garçons dans la savane namibienne sur la croissance de la végétation, aux types de végétation dans les savanes du centre de la Namibie, ou en aidant à cartographier et à comprendre la couverture neigeuse alpine dans les parcs nationaux suisses.
Testez 1 angles de vision. Crédit : ESA
Le micro-satellite a été développé par le General Support Technology Programme (GSTP) de l’ESA et construit par un consortium industriel dirigé par la société belge Verhaert.
Proba-1 a marqué un changement vers de petites missions dans l’industrie spatiale européenne. Alors que les CubeSats et sont de plus en plus courants et disponibles de nos jours, Proba 1 a été la première entreprise de l’ESA dans de petites missions. La mission a été développée en seulement trois ans – un exploit inouï à l’époque où les missions mettaient souvent plus de 10 ans à se lancer. Il a également marqué le début d’une série de satellites Proba, dont Proba-2, Proba-V et le Proba-3 actuellement en cours de test,
« En son temps, c’était complètement innovant, se souvient Frédéric Teston, le chef de projet de Proba. « En termes de technologie, de temps de développement, de faible coût, tout était tout nouveau. »
En vingt ans, aucune des unités primaires n’a réellement échoué et le vaisseau spatial reste opérationnel sur tous les systèmes primaires pour le moment. Le satellite a réalisé de nombreuses premières pour l’ESA – d’être le premier à utiliser une batterie lithium-ion (maintenant une technologie omniprésente) à être le premier vaisseau spatial de l’ESA avec des capacités entièrement autonomes.
Cela signifiait qu’il était conçu pour effectuer des tâches quotidiennes pratiquement sans aide, telles que la navigation, la charge utile et la gestion des ressources, avec peu d’implication du personnel de la station au sol de l’ESA à Redu, en Belgique.
Autonomie automatique
Normalement, le code pour exécuter de manière autonome certaines parties de la mission, telles que le système de contrôle d’altitude et d’orbite (AOC), est écrit d’une manière spécifique. Tout d’abord, les fonctions et actions de ce système et de chacun des autres à bord sont détaillées et dégagées. Ensuite, une fois que les ingénieurs en sont satisfaits, ils sont traduits en spécifications logicielles, et enfin quelqu’un écrit spécifiquement le logiciel pour ces fonctions. C’est une longue boucle, donc si quelque chose ne fonctionne pas ou doit changer, alors c’est un long processus.
Essai schématique 1. Crédit : ESA
Mais une partie de la raison pour laquelle la mission Proba-1 a pu être lancée si rapidement est qu’elle a contourné cette boucle en développant un outil qui générait automatiquement le logiciel et permettait aux ingénieurs de modifier rapidement les fonctions et les parties d’un système sans avoir besoin d’un code entièrement nouveau pour être
écrit.
« Nous avons tout modélisé dans un logiciel, que les gens reconnaissent comme l’ancêtre de MATLAB », explique Pierrik Vuilleumier, qui faisait partie de l’équipe Proba-1. « Du rayonnement ou de l’orbite, au champ magnétique et à la position du soleil. Tout a été modélisé dans l’outil, donc à la fin, nous avons appuyé sur le bouton et généré automatiquement un logiciel qui a été compilé et lié au logiciel embarqué. Quarante mille lignes de code pour les outils embarqués et plus de trente mille pour les simulateurs au sol.
L’outil conserve également toute la documentation dans le modèle, ce qui signifie qu’il est facile de former de nouveaux ingénieurs à son utilisation.
“Certains mythes sur la génération de code perdurent aujourd’hui, mais je pense que nous les avons tous détruits il y a 20 ans”, déclare Vuilleumier.
Cette génération automatique de logiciels a évolué et est courante pour les missions Proba de nos jours, mais elle n’est toujours pas généralisée pour toutes les missions, malgré le gain de productivité et les temps de développement plus courts.
Nouvel espace avant nouvel espace
Proba-1 met également en évidence comment l’utilisation de pièces COTS (Commercial Off-The-Shelf) au lieu de pièces de haute qualité peut être beaucoup plus efficace en termes de coût et de temps et un véritable gain – quelque chose qui fait de plus en plus partie de la stratégie de l’ESA développer et améliorer les nouvelles technologies spatiales.
« Nous avons été les premiers à faire voler des batteries au lithium. D’ici là, les experts prédisent au mieux une durée de vie de 6 mois dans l’espace. Aujourd’hui, 20 ans plus tard, nous ne remarquons aucune dégradation de ces batteries. Ils ont 23 ans ! s’exclame Vuilleumier.
Image Proba HRC des pyramides de Gizeh en Egypte, acquise le 20 mars 2004. Les trois pyramides principales vues se composent de la grande pyramide de Khéops, de la pyramide de Kafhre et de la pyramide de Menkaura. Ils se tiennent à la frontière du Grand Caire au bord du désert. Crédit : ESA
Les pièces commerciales sont souvent considérées comme plus risquées ou moins fiables, mais l’équipe Proba a montré qu’avec une ingénierie appropriée, leur matériel a vécu pendant 20 ans dans l’environnement hostile de l’espace et a démontré sa valeur.
Malgré un temps de développement si court, le projet n’a pas toujours été fluide. Vuilleumier se souvient des semaines précédant le lancement, lorsque les ingénieurs, déjà en Inde prêts pour les tests avant le lancement sur PSLV, se bousculaient frénétiquement pour terminer le codage du logiciel.
« Était-ce passionnant de travailler sur quelque chose qui n’avait jamais été fait auparavant ? Peut-être pendant cinq minutes quand vous voyez que quelque chose fonctionne, mais avant et après, c’est plus du stress que de l’excitation », s’amuse Teston. « Mais nous avons montré qu’il est possible que les choses ne soient pas toujours plus longues ou plus chères. Nous avons montré qu’il était possible de faire des missions plus rapides et moins chères.
Technologies embarquées :
Pesant à peine 14 kg, CHRIS est le plus petit imageur hyperspectral jamais embarqué dans l’espace et peut voir jusqu’à une résolution de 17 mètres et acquérir jusqu’à cinq images à la fois, sur jusqu’à 62 canaux spectraux. CHRIS exploite l’agilité de la plate-forme pour obtenir des vues d’une même zone depuis plusieurs directions, ce qui permet d’extraire des informations angulaires supplémentaires. Les données CHRIS sont utilisées par les projets de l’ESA et à l’appui de la Charte internationale pour l’espace et les catastrophes majeures – un accord visant à mettre des ressources spatiales à la disposition des agences de protection civile répondant aux catastrophes naturelles.
L’autre imageur de Proba, HRC, est une caméra monochromatique à petite échelle, prenant des images de 25 km carrés à une résolution de cinq mètres.
Certaines actions FDIR (détection de défaillance, isolation et récupération) basculent automatiquement sur des unités redondantes pour atténuer les effets de rayonnement transitoires, mais sinon, tout fonctionne comme il y a 20 ans.
