Une mission radar haute résolution vers la « jumelle maléfique » de la Terre, Vénus, un vaisseau spatial pour détecter les explosions les plus puissantes de l'Univers et un observatoire pour le froid, cosmos poussiéreux pour enquêter sur les origines des étoiles :le Concurrent Design Facility de l'ESA a réalisé des études de faisabilité sur les candidats en lice pour la cinquième mission de classe moyenne du programme scientifique Cosmic Vision de l'Agence, lancement prévu en 2032.

L'installation de conception simultanée, ou CDF, ressemble à une salle de contrôle de vol, au-dessus de la suite principale de laboratoires spatiaux au cœur technique de l'ESA aux Pays-Bas. Des consoles interconnectées sont disposées devant un mur multimédia de 6 m de long, d'accueillir des représentants de toutes les disciplines des missions spatiales. Cependant, ce n'est pas un endroit pour diriger des satellites, mais pour les créer.

Des équipes d'experts se réunissent ici pour réaliser les premières études des futures missions proposées, établissant rapidement leur faisabilité avant le développement industriel ultérieur. Le CDF a réalisé à ce jour plus de 250 études en plus de 20 ans d'activité, y compris de nombreuses missions qui ont été développées pour l'espace telles que Solar Orbiter, Athéna et OpsSat.

"L'ingénierie simultanée consiste à réunir tous les experts nécessaires dans une même salle pour travailler ensemble en temps réel, " explique Massimo Bandechhi, fondateur du CDF.

Tout comme une équipe de contrôle de mission, des représentants experts de tous les systèmes spatiaux se réunissent, y compris les structures et la configuration, mécanismes, dynamique de vol, Puissance, contrôle thermique et propulsion, ainsi que des spécialistes du risque technique, organisation et ingénierie des coûts. Ce travail d'équipe combiné sur une conception pour atteindre les objectifs de la mission dans la masse définie, les coûts et les délais.

"La collaboration est basée sur un modèle logiciel partagé de la mission. La configuration de ce modèle est mise à jour au fur et à mesure de toute modification du sous-système, montrant les impacts au niveau du système de chaque mise à jour pour tout le monde à la fois. Avec toutes les disciplines contribuant au même moment et au même endroit, nous abordons les problèmes de tous les points de vue, transformer un processus naturellement séquentiel en quelque chose de plus « concurrent ».

Le CDF a récemment réalisé des études sur les trois candidats à la mission M5 de la Direction scientifique de l'ESA, de définir en détail les concepts de la mission et de voir comment ils fonctionneraient dans la pratique, identifier les technologies critiques nécessaires pour rendre chaque mission possible et analyser leur coût de développement probable, risque et calendrier.

EnVision

EnVision est une mission pour piloter un système radar à haute résolution vers notre planète voisine Vénus afin de détecter un mouvement du sol à l'échelle centimétrique comme preuve de l'activité volcanique actuelle, ainsi que de transporter un sondeur radar souterrain et une suite de spectromètres pour étudier les gaz traces dans son épaisseur, atmosphère toxique.

L'étude CDF a révélé que les conditions vénusiennes ont des conséquences sur la conception de l'instrument principal :la fréquence radar a été choisie pour minimiser les interférences causées par les gouttelettes d'acide sulfurique à déphasage dans l'atmosphère.

L'étude a examiné les options de propulsion chimique et électrique pour le vaisseau spatial, et a examiné comment EnVision pouvait tirer parti de l'atmosphère de Vénus pour effectuer un aérofreinage en orbite. Le vaisseau spatial devrait tenir compte de la température plus élevée de l'orbite de Vénus - deux fois la normale de la Terre - avec de la peinture noire, Emballage isolant multicouche 10 couches, caloducs et réflecteurs optiques de surface.

Des problèmes thermiques ont également été soulevés pour le segment sol de la mission, avec cryo-refroidissement proposé pour maximiser la sensibilité de l'antenne pour une meilleure récupération des résultats de la mission. EnVision est à l'étude en tant que mission de l'ESA avec des contributions importantes de la NASA.

Thésée

Thésée, un acronyme pour Transient High Energy Sky et Early Universe Surveyor détecterait les sources de rayons X et gamma dans tout le ciel. En particulier, Theseus est conçu pour réaliser une percée majeure dans la découverte des rafales de rayons gamma (GRB) à des échelles de décalage vers le rouge cosmologiques.

On pense que ces explosions massives de galaxies lointaines sont causées par l'effondrement d'étoiles supermassives du premier milliard d'années de l'Univers, offrant un aperçu de la toute première génération d'étoiles, et par la fusion d'étoiles à neutrons – ce dernier type d'événement produisant également des ondes gravitationnelles.

Thésée porterait un télescope infrarouge (IR), un imageur à rayons X mous et un spectromètre à rayons X et gamma (ou « rayons y »). En localisant rapidement chaque nouvelle source transitoire de haute énergie dans le champ de vision du télescope infrarouge - à une ligne de base de moins de 10 secondes - Theseus sera en mesure de caractériser les propriétés de la galaxie hôte où le GRB s'est produit - et surtout son distance.

L'étude CDF l'a placé sur une orbite terrestre basse proche de l'équateur afin de maximiser son contact avec les stations au sol, ce qui lui a permis de lever rapidement l'alerte pour les observations terrestres de suivi. Il orbiterait à une inclinaison suffisamment faible pour minimiser l'exposition aux rayonnements de l'anomalie de l'Atlantique Sud, un pli dans le champ magnétique protecteur de la Terre.

Spica

Spica est un projet conjoint euro-japonais offrant une amélioration significative des capacités de spectroscopie et d'enquête dans l'infrarouge lointain, capable de regarder à travers les nuages ​​de poussière qui obscurcissent généralement les sites de naissance des étoiles.

Il fonctionnerait à partir du deuxième point de Lagrange Terre-Soleil – à 1,5 million de kilomètres de la Terre dans la direction opposée au Soleil – avec un télescope de 2,5 m de diamètre à refroidissement actif.

L'étude CDF comprenait une analyse de la façon dont Spica bénéficierait de l'héritage technologique des missions Herschel et Planck de l'ESA ainsi que des systèmes de contrôle d'attitude nécessaires pour se déplacer entre ses cibles astronomiques.

Des options ont également été proposées pour le stockage des données à bord de la mission, système de communication et segment sol, de retourner ses conclusions au sol.

Prochaines étapes

Les trois études visaient à minimiser l'utilisation de nouvelles technologies et à maximiser les pièces commerciales sur étagère, pour la meilleure combinaison de coût et de risque. Une fois la faisabilité des trois concepts de mission établie, ils procèdent désormais à des contrats industriels parallèles, pour produire des conceptions détaillées pour une future sélection de duvet.