Le plus long couloir du plus grand établissement de l'ESA a été transformé en site d'essai pour l'une des futures missions les plus ambitieuses de l'Agence, Prob-3. Les deux satellites composant cette mission s'aligneront pour que l'un projette une ombre sur l'autre, révélant les régions intérieures de l'atmosphère fantomatique du Soleil. Mais un tel vol en formation de précision ne sera possible que grâce à un système de capteurs basé sur la vision permettant à un satellite de se verrouiller sur l'autre.

La paire Proba-3 volera à une distance nominale de 144 m pour les observations coronales, tout en effectuant en plus des manœuvres de reconfiguration des formations qui feront évoluer leur distance jusqu'à 25 m, et jusqu'à 250 m.

Les tests de ce système de capteurs pour rendre cela possible ont eu lieu au centre technique ESTEC de l'ESA à Noordwijk, les Pays-Bas, grâce à son couloir principal de 230 m de long, qui relie les bureaux de projets aux laboratoires techniques et au Centre d'Essais satellite de l'établissement.

Les lumières ont été tamisées et les objets exposés ont été supprimés pour permettre aux versions d'essai des caméras d'observer une cible semblable à un vol portant des affichages LED sur toute la longueur du couloir.

"Ce système de capteurs basés sur la vision est la première façon dont les deux satellites acquièrent une formation, et le racheter une fois par orbite, " explique Damien Galano, Chef de projet Proba-3 de l'ESA.

"Il est conçu pour permettre au couple de se retrouver et d'estimer leur position relative à quelques millimètres près, sur des distances de 20 à 250 m, permettant au vaisseau spatial de manœuvrer de manière autonome en formation. Il nous fallait donc un long espace pour le tester, et un espace intérieur comme celui-ci est beaucoup plus contrôlable qu'à l'extérieur, où le vent et d'autres perturbations interféreraient avec l'installation."

Lancement prévu en 2023, Les deux satellites à l'échelle métrique de Proba-3 s'aligneront de telle manière que l'un - l'"Occulteur" - bloque le disque solaire aveuglant pour l'autre "Coronagraphe". ou 'corona, " normalement caché en plein soleil, sauf pendant de brèves éclipses solaires.

"Les deux satellites voleront ensemble sur une orbite allongée ou très elliptique de 19,6 heures, " dit Raphaël Rougeot, Proba-5 km

« Voler activement en formation tout au long de cette orbite ne serait pas pratique. Au lieu de cela, les satellites ne volent en formation que pendant les six heures autour du sommet de 60 000 km d'altitude - ou " apogée " - de leur orbite. Le reste du temps, ils sont manœuvrés dans un trajectoire relative de vol libre qui assure la sécurité de la mission. sortant du fond de leur orbite – ou « périgée » – ils doivent se réacquérir. »

Un ensemble de caméras sera à bord du satellite Occulter, rechercher les LED pulsées sur le Coronagraph - une dans chaque coin plus un motif carré plus petit sur le côté droit, destiné à révéler l'orientation du satellite et à permettre des opérations de proximité.

Raphael ajoute :« Deux caméras avec des champs de vision différents sont nécessaires. La première caméra a un large champ de vision de 15 degrés, utilisé pour trouver le coronagraphe. Le second a un champ de vision plus étroit pour fournir la précision nécessaire à l'échelle millimétrique. Un autre capteur permet de synchroniser leurs acquisitions d'images avec les impulsions LED. Une synchronisation aussi précise - jusqu'à 10 millionièmes de seconde - est nécessaire car la lumière des LED pourrait autrement être perdue dans la réflexion parasite du Soleil sur le Coronagraphe, ou dans la Terre lumineuse en arrière-plan. En outre, les caméras auront également un filtre optimisé pour la lumière LED proche infrarouge."

Les tests du système de caméra et d'une cible à LED d'un mètre carré ont été espacés de 30 m d'intervalle le long du couloir, donnant des résultats prometteurs. Afin de simuler la lumière parasite solaire, une lampe spécifique avec les propriétés spectrales correctes a été utilisée. Cette lampe a été spécialement caractérisée par le Laboratoire d'Optique de l'ESTEC pour ce test.

En guise de suivi, une version plus petite de la cible LED a été montée sur un bras robotique monté sur rail dans le Guidage Navigation and Control Rendezvous d'ESTEC, Simulateur d'approche et d'atterrissage, ou GRAL. Cette installation de 33 m de long permet de simuler des approches rapprochées, rendez-vous et amarrage entre objets spatiaux.

Jonathan Grzymisch, Ingénieur système de navigation et de contrôle de guidage Proba-3, explique : « Le bras robotique a déplacé la cible LED le long d'un modèle préprogrammé pendant que les caméras regardaient, permettant au logiciel de l'instrument de calculer sa trajectoire dynamique relative en continu. Cela nous permet de caractériser les performances du capteur sur une base dynamique déterministe. Les deux tests ont bien fonctionné, grâce à la coopération du Facility Management d'ESTEC et des sections techniques concernées."

Le système de capteur basé sur la vision de Proba-3 a été développé par l'Université technique du Danemark (DTU). L'équipe n'a pu être présente en personne à l'ESTEC en raison des restrictions COVID-19, mais a soutenu les tests à distance pendant que les ingénieurs de l'ESA préparaient et exécutaient le test.