Le Solar Orbiter de l’ESA/NASA s’approche du point le plus proche du soleil sur son orbite actuelle. Il s'agit d'une période importante pour les activités scientifiques de la mission, et l'équipe de contrôle de mission de l'ESA se prépare constamment à tout problème éventuel auquel le vaisseau spatial pourrait être confronté lors de son survol de notre étoile active et imprévisible.
Contrôle de mission vers Solar Orbiter. Venez dans Solar Orbiter...
"C'est notre pire scénario", déclare le contrôleur de vol Daniel Lakey. "Si Solar Orbiter rencontrait un problème majeur à bord, nous serions alors incapables de rétablir les communications."
L'approche rapprochée de Solar Orbiter avec le soleil (« périhélie ») est une période d'activité scientifique maximale.
Cela nécessite des équipes de contrôle de vol et des experts en dynamique de vol du centre de contrôle de mission ESOC de l'ESA pour mener à bien une série d'opérations très complexes.
Si quelque chose ne va pas pendant ces activités, le vaisseau spatial pourrait se réinitialiser automatiquement en « mode sans échec ».
En mode sans échec, le logiciel du vaisseau spatial redémarre et seules ses fonctions les plus élémentaires sont réactivées. Les équipes sur Terre déterminent ensuite ce qui a déclenché le mode sans échec, résolvent le problème et redémarrent des systèmes plus avancés comme des instruments scientifiques.
Un mode sans échec pendant le périhélie serait particulièrement mauvais en raison de l'impact sévère sur les opérations scientifiques pendant cette période chargée.
Solar Orbiter a également moins d'énergie disponible pendant le périhélie, car la chaleur intense l'oblige à éloigner ses panneaux solaires du soleil afin d'éviter tout dommage.
Le vaisseau spatial doit être récupéré le plus rapidement possible avant que la science ne soit perdue, ou pire, qu'il ne soit à court d'énergie.
"Le soleil est si brillant que même un capteur solaire de base suffit à garantir que Solar Orbiter sache toujours où se trouve le soleil et puisse toujours pointer son bouclier thermique vers lui. Ce capteur s'active en mode sans échec et protège les systèmes internes du vaisseau spatial. le rayonnement émanant de notre étoile", explique Lakey.
"Nous savons donc que Solar Orbiter dirigera toujours son "avant" vers le soleil. Mais pour déterminer dans quelle direction il se trouve, nous nous appuyons sur des suiveurs d'étoiles."
La priorité absolue d'un vaisseau spatial en mode sans échec est de pointer son antenne de communication vers la Terre et de rétablir le contact dès que possible.
Les trackers d'étoiles s'allument automatiquement en mode sans échec et le vaisseau spatial les utilise pour reconnaître certains modèles d'étoiles. Il peut alors déterminer son orientation et dans quelle direction il doit pointer son antenne pour communiquer avec la Terre.
"Mais si les suiveurs d'étoiles ne parviennent pas à se verrouiller sur les bonnes étoiles, ou si la séquence de récupération est interrompue avant de pouvoir être allumée, Solar Orbiter n'a aucun moyen de savoir où se trouve la Terre."
Prendre le contrôle
Pour rendre la situation encore plus difficile, en mode sans échec, Solar Orbiter ne peut utiliser que son antenne de communication de secours.
L'antenne de secours peut se déplacer « de haut en bas » dans un axe, mais pas « de gauche à droite » dans l'autre. Cela évite un certain nombre de complications potentielles, mais cela signifie également que l'ensemble du vaisseau spatial doit tourner afin de pointer l'antenne dans certaines directions.
La solution est « stroboscopique » :si Solar Orbiter se retrouve en mode sans échec et incapable de localiser la Terre, il commencera à rouler autour d'un axe tout en gardant son bouclier thermique pointé en toute sécurité vers le soleil.
"En mode stroboscopique, Solar Orbiter émet un signal avec une "tonalité" spéciale :une balise dans l'obscurité de l'espace", explique Lakey.
"À terme, ce signal traversera la Terre. Dès que nous le détecterons dans l'une de nos stations au sol, nous pourrons évaluer la situation, déterminer la cause du mode sans échec et mener nos opérations de résolution de problèmes et de récupération."
C'est la théorie, en tout cas. Au cours des quatre années passées dans l'espace par Solar Orbiter, il n'a jamais eu besoin de recourir à une récupération stroboscopique et il n'a jamais été testé en vol.
Jusqu'à présent.
Les équipes de l'ESOC ont profité d'une récente période de faible retard de communication avec Solar Orbiter pour tester si elles étaient prêtes à gérer une véritable récupération stroboscopique.
"Nous avons commencé à faire tourner Solar Orbiter et à voir si nous pouvions détecter la balise à partir de l'antenne de secours", explique Lakey. "Nous avons préchargé des commandes pour revenir aux opérations normales au cas où nous ne parvenions pas à le détecter, il n'y a donc jamais eu de risque pour le vaisseau spatial."
Les tests de récupération ont été un succès. Les équipes ont confirmé qu'elles pouvaient détecter la balise de secours de Solar Orbiter et identifier l'état du vaisseau spatial en cas de mode sans échec avec des trackers stellaires défectueux.
Il s'agit des premières étapes vitales pour reprendre le contrôle du vaisseau spatial et ont démontré la préparation de l'équipe à ce scénario critique mais improbable.
"Nous avons également testé avec succès notre capacité à communiquer avec le satellite dans des situations particulièrement délicates, par exemple lorsque son propre bouclier thermique obscurcit partiellement la vue de la Terre par l'antenne."
Ce n’est là qu’un des centaines de problèmes potentiels que nos équipes imaginent et planifient chaque jour. Les missions de l'ESA sont des engins spatiaux uniques en leur genre :elles peuvent être confrontées à des problèmes qu'aucun autre engin spatial n'a jamais rencontrés.
Il existe peu d’exemples similaires dont on peut tirer des leçons et peu de procédures établies à suivre. Il est essentiel de tester nos opérations de récupération d'engins spatiaux dans l'espace et que les équipes sur Terre les pratiquent lorsqu'elles en ont l'occasion.
"Nous ne cesserons jamais de penser aux nouveaux défis auxquels nos missions pourraient être confrontées", déclare Lakey. "Ou sur la façon dont nous pourrions les surmonter."
Fourni par l'Agence spatiale européenne
