Avec CHESS, l'EPFL avance ses pions sur l'échiquier spatial

Concevoir un satellite et le lancer dans l’espace. Voilà une expérience qui marque forcément le parcours des étudiantes et étudiants qui y participent. Celles et ceux de l’aventure SwissCube, un cubesat 1U - petit module standardisé de de 10 sur 10 cm - conçu à l’EPFL et mis en orbite en 2009, peuvent en témoigner. Aujourd’hui, une nouvelle équipe, réunie au sein de l’EPFL Spacecraft Team et soutenue par le Centre spatial EPFL (eSpace), relève encore une fois le défi. D’ici deux ans, elle entend lancer CHESS, une constellation de deux satellites, qui travailleront de concert. Elle est actuellement à la recherche de membres supplémentaires et de sponsors.

Le projet est ambitieux. Pas moins de six institutions académiques, trois industries, 15 professeurs, ainsi que 53 étudiantes et étudiants sont impliqués*. Les deux satellites seront composés chacun d’un assemblage de trois cubesats (3U). Ils devraient être lancés en mars 2023 pour une durée d’activité d’au moins 2 ans. Ils seront placés à des altitudes différentes, l’un sur une orbite circulaire dite basse, à 550 km de hauteur, et l’autre sur une orbite elliptique oscillant entre 400 et 1000 km.

Un des deux satellites CHESS. ©E.Nardini /EPFL Spacecraft team

Pour les équipes estudiantines successives, cette initiative est avant tout une opportunité de se former aux technologies spatiales complexes et d’apprendre à travailler sur un projet interdisciplinaire. «C’est un moyen d’apprendre les réalités de leur futur métier, comme la gestion d’équipe, la coordination, la communication ou encore la recherche de financement, relève Emmanuelle David, adjointe du directeur à l’EPFL Space Center (eSpace). Ces compétences, qui ne s’apprennent pas que dans les livres, leur permettront d’être immédiatement opérationnels dans leur premier emploi ou lors de la création de leur propre start-up.»

Comprendre la chimie de notre exosphère

La mission CHESS recouvre plusieurs autres objectifs. Le premier est scientifique. Durant leurs multiples tours de Terre, les deux satellites collecteront des informations précises sur l'exosphère, c’est-à-dire la portion d’espace se trouvant au-delà de 400 km de la surface terrestre. Les deux orbites distinctes permettront aux satellites de récolter des données complémentaires et de mesurer ainsi l’évolution spatiale et temporelle du contenu de la haute atmosphère.

«La composition de l’atmosphère à ces altitudes n’a pas été analysée en détail depuis près de 40 ans», relève le Dr. Rico Fausch, chercheur en recherche spatiale et sciences planétaires à l'Université de Berne. Nous aimerions en savoir plus sur l’origine et l’évolution d’une atmosphère comme la nôtre, qui a permis à la vie de se développer, par opposition à l'atmosphère de Vénus par exemple, hostile à toutes formes vivantes telle que nous les connaissons.» Et puis, cette mise à jour pourrait notamment s’avérer très utile également pour mieux comprendre la chimie particulière de notre exosphère avec la donne du changement climatique. Elle permettra notamment de vérifier si la partie supérieure de notre atmosphère est en train de se refroidir, comme l'indiquent de récentes recherches, et qui serait en soi un autre effet direct de l’accumulation des gaz à effet de serre autour de la planète.

L'un des appareils sera placé sur une orbite circulaire à 550 km, l’autre sur une orbite elliptique oscillant entre 400 et 1000 km. ©E.Nardini /EPFL Spacecraft team

Concrètement, il s’agira de recueillir des données précises sur les différents gaz en présence - azote, oxygène, ozone, oxyde de carbone, hydrogène, hélium, etc - et sur leurs isotopes. Plus largement, le but est également d’étudier les variations de températures, les processus et mécanismes d'échappement atmosphérique vers l'espace, ainsi que le nombre d’électrons et d’ions évoluant à l’état libre - les molécules étant nettement plus rares à ces hauteurs qu’à plus basse altitude, les composants isolés s’entrechoquent et se recombinent en effet moins rapidement.

Avancées technologiques

La mission a aussi pour but le développement d’innovations technologiques. Car pour mener ce travail, les satellites seront dotés d’équipements de pointe, comme des spectromètres de masse conçus par l’Université de Berne et la société Spacetek Technology, pionniers dans ce domaine. Ces appareils, qui servent à identifier des molécules et leur structure chimique en mesurant leur masse, seront bien plus performants et moins volumineux que ceux utilisés lors des mesures datant des années 1980.

La mission servira à tester différentes techniques et innovations.©E.Nardini /EPFL Spacecraft team

Autre nouveauté, des récepteurs GNSS (système de positionnement par satellite) plus performants, plus légers et moins coûteux, sont développés par l’ETH Zurich en collaboration avec l’entreprise u-blox. Ils permettront non seulement d’enregistrer la position des satellites de manière extrêmement précise (de l’ordre du centimètre), mais également de mesurer la densité de l’air et le nombre d’électrons, contribuant ainsi au recueil de données scientifiques. L’expérience servira aussi de test ultime et in situ pour une nouvelle génération de cellules photovoltaïques destinées au domaine spatial, mis au point par la société RUAG. Enfin, en assurant un relais avec des stations au sol, CHESS participera à la création, en Suisse, d’un réseau de communication utilisant la bande X, soit une plage d’onde radio de supra-haute fréquences.

Le spatial en plein essor

«J’ai eu le privilège d’accompagner l’équipe qui a conçu, développé et mené la mission SwissCube, toujours en activité onze ans après son lancement, raconte Muriel Richard, ingénieure spatiale, co-fondatrice et CTO de la société ClearSpace. Suivant de près le projet CHESS depuis deux ans, je vois que nous avons affaire à des jeunes gens tout aussi compétents, intelligents et motivés, en lesquels il vaut la peine de croire et d’investir. Ils feront voler ces satellites, c’est certain!»

Le projet CHESS s’inscrit dans un mouvement général, qui voit un important développement des activités spatiales à l’EPFL et en Suisse. Il offre une opportunité de former de nouveaux ingénieurs dans le domaine, de rassembler des compétences variées, d’élargir les réseaux et de souder la communauté scientifique.