Alors que le vaisseau spatial Hera de l'ESA destiné à la défense planétaire subit des tests avant vol, le système qui le dirigera autour de son système d'astéroïdes binaires cible subit également ses dernières vérifications pour l'espace.
Validation de l'état de préparation du système de guidage, de navigation et de contrôle de la mission pour les opérations de proximité dans cet environnement difficile de très faible gravité grâce à une longue série de manœuvres virtuelles, effectuées en parallèle en Espagne et en Allemagne.
Au siège du développeur de systèmes de guidage, de navigation et de contrôle (GNC) GMV à Madrid, une réplique de l'ordinateur de bord d'Hera est actuellement soumise à des opérations de proximité autour d'un modèle d'astéroïde imagé avec une caméra, pour un réalisme maximal, avec d'autres capteurs et actionneurs. émulé à l'aide d'un équipement de "check-out" personnalisé.
Pendant ce temps, dans les locaux du fabricant d'engins spatiaux OHB à Brême, des tests ont lieu à l'aide d'une réplique matérielle à grande échelle de l'engin spatial, appelée Hera Avionics Test Bench.
"Le système pour la phase de croisière interplanétaire d'Hera, qui est bien sûr la plus critique pour être prêt au lancement, est maintenant entièrement testé en utilisant le modèle de vol réel du vaisseau spatial", explique Jesus Gil Fernandez, ingénieur GNC de l'ESA.
"Cette phase se terminera à l'arrivée de l'astéroïde lorsque les images de la caméra seront utilisées pour distinguer l'astéroïde des étoiles d'arrière-plan en repérant son mouvement progressif sur des images successives. Le GNC pour la phase d'opérations de proximité de suivi est ce sur quoi nous nous concentrons maintenant, impliquant le vaisseau spatial. se rapprochant initialement de 30 km de la paire d'astéroïdes, puis beaucoup plus près plus tard, jusqu'à 1 km."
Après son décollage en octobre, Hera se dirige vers un environnement typiquement extraterrestre. Après une croisière de deux ans dans l'espace, y compris un survol de Mars qui sera utilisé pour effectuer des observations scientifiques de Deimos, le vaisseau spatial rencontrera le système d'astéroïdes binaires Didymos :la lune Dimorphos, de la taille de la Grande Pyramide de Gizeh, est en orbite à environ 1,2 km du corps principal de Didymos, de la taille d'une montagne.
Les champs de gravité combinés de ces deux astéroïdes sont des dizaines de milliers de fois plus faibles que ceux de la Terre.
Ajoutant au caractère exotique de cette destination, Dimorphos a déjà subi un changement d'orbite autour de Didymos, après l'impact du vaisseau spatial DART de la NASA en septembre 2022. Et cet impact est susceptible d'avoir remodelé l'astéroïde de façon spectaculaire.
Fusion de données pour la cartographie environnementale
Pour opérer en toute sécurité autour de Didymos, Hera dispose d’un haut degré d’autonomie embarquée. Son système de guidage, de navigation et de contrôle (GNC) est conçu pour fusionner des données provenant de diverses sources afin de créer une image cohérente de son environnement, dans une approche similaire aux voitures autonomes.
"Sa principale source de données sera sa principale caméra de cadrage d'astéroïdes, dont les images sont utilisées à la fois pour la science et la navigation", ajoute Jesus. "Ces images seront combinées avec d'autres entrées pour réaliser une estimation robuste de sa position, notamment l'altimètre laser PALT-H de la mission, qui renvoie des impulsions laser vers la surface de l'astéroïde, ainsi que des capteurs inertiels. Ce système GNC est conçu pour être initialement actionnés manuellement depuis le sol, mais une fois les CubeSats d'Hera déployés, une navigation autonome sera nécessaire pour atteindre les objectifs principaux de la mission."
Lors des opérations de proximité, Hera gardera Didymos cadré dans sa caméra comme point de référence global, détectant le contraste entre les bords de l'astéroïde et l'espace profond qui l'entoure. La forme détectée sera comparée à un modèle sphérique prédit. Plus tard, lorsque le vaisseau spatial s'approchera à moins d'environ 10 km de Didymos et à plus de 2 km au-dessus de Dimorphos, une technique de traitement d'image appelée « centre de luminosité » sera utilisée, focalisée sur la position moyenne des pixels éclairés par le soleil, en raison de la forme complexe et incertaine d'un astéroïde plus petit.
Les niveaux de gravité des deux astéroïdes sont trop faibles pour que le vaisseau spatial puisse se mettre en orbite au sens traditionnel du terme. Au lieu de cela (en empruntant une technique au chasseur de comètes Rosetta de l'ESA), Hera volera selon des « arcs hyperboliques », ressemblant à une série de survols alternés, inversés par des tirs réguliers de propulseurs tous les trois à quatre jours. Dans le cas d'une mission normale, ce nombre de changements de vitesse répétés épuiserait bientôt ses réservoirs de propulseur, mais le niveau de gravité autour de Didymos est si faible qu'Hera ne volera qu'à une vitesse relative typique d'environ 12 cm par seconde.
"Les arcs hyperboliques d'Hera sont conçus de telle sorte que si le tir d'un propulseur présente une petite erreur, le vaisseau spatial se maintiendra de toute façon à une distance de sécurité des astéroïdes", ajoute Jesus. "Cependant, les faibles vitesses impliquées signifient que les manœuvres orbitales qui rapprochent Hera des astéroïdes doivent être exécutées avec beaucoup de précision, sinon il pourrait toujours y avoir un risque de collision. Ainsi, le GNC comprend un système autonome de correction de trajectoire, ainsi qu'un système autonome de correction de trajectoire. système d'estimation du risque de collision habilité à effectuer des manœuvres d'évitement de collision selon les besoins."
L'autonomie de conduite autonome d'Hera prendra tout son sens à mesure que le vaisseau spatial s'approchera des astéroïdes plus tard au cours de sa mission, explique Jesus :"Une fois que nous serons à moins de 2 km, Dimorphos remplira le champ de vision de la caméra. Vient ensuite le mode de navigation le plus ambitieux. Il s'agira avant tout d'un suivi autonome des caractéristiques de la surface sans référence absolue. Il s'agira d'imager les mêmes caractéristiques, telles que des rochers et des cratères, dans des images successives pour avoir une idée de l'altitude et de la trajectoire d'Héra par rapport à la surface.
L'identification et la cartographie des caractéristiques seront également utilisées pour dériver la masse de Dimorphos, bien que cette technique soit réalisée depuis le sol plutôt qu'à bord du vaisseau spatial.
Les contrôleurs de mission mesureront « l’oscillation » que la lune provoque sur son parent, par rapport au centre de gravité commun de l’ensemble du système Didymos. Ceci sera réalisé en identifiant de petites variations à l'échelle d'un mètre dans la rotation de points de repère fixes autour de ce centre de gravité au fil du temps.
Les tests GNC de certains des modes de cette phase expérimentale finale se poursuivront après le lancement, afin de préparer le vaisseau spatial avant son arrivée en octobre 2026 à Didymos.
Fourni par l'Agence spatiale européenne
