Cubesats Artemis 1 : Les 10 minuscules satellites faisant du stop avec la NASA sur la lune

La mission Artemis 1 lancera 10 cubesats révolutionnaires dans l'espace.

Dans le cadre de la mission Artemis 1, dont le lancement est prévu le 29 août 2022, le système de lancement spatial (SLS) – la fusée la plus puissante jamais construite – est sur le point de catapulter le vaisseau spatial Orion plus loin dans l'espace que n'importe quel véhicule construit par l'homme. transporter des astronautes s'est aventuré auparavant.

La mission servira de test avant que les futures missions Artemis n'envoient des humains sur la lune et au-delà, délivrant ainsi des jalons comme la première femme et personne de couleur à marcher sur la surface lunaire et le premier humain à marcher sur Mars.

Pourtant, tout dans la mission Artemis 1 ne consiste pas à battre des records. Le SLS transportera également une charge utile secondaire, une série de satellites de la taille d'une boîte à chaussures qu'il larguera lors de son voyage vers la lune. Bien que le SLS puisse héberger 17 de ces petites expériences scientifiques, la charge utile Artemis 1 sera composée de 10 unités.

Bien que de petite taille, ne sous-estimez pas les grandes implications que ces minuscules cubesats pourraient avoir pour la science. Ils recueilleront des résultats qui aideront à orienter les projets futurs, à protéger nos astronautes pionniers et à surveiller notre monde.

En rapport:La mégafusée Artemis 1 SLS de la NASA a eu un long chemin vers sa rampe de lancement lunaire

Robert Lea est titulaire d'un baccalauréat ès sciences en physique et astronomie de l'Open University du Royaume-Uni. Robert a contribué à Space.com pendant plus d'une décennie, et son travail a été publié dans Physics World, New Scientist, Astronomy Magazine, All About Space et plus encore.

Les cubesats sont un type de nano-satellite, un vaisseau spatial miniaturisé avec un grand potentiel pour la science spatiale, l'exploration, le soutien technique, l'observation de la Terre et la communication par relais.

Les cubesats sont remarquables pour leur efficacité, leur faible coût et leur compatibilité avec des charges utiles plus importantes. Bien qu'ils soient généralement limités en masse entre 2,2 et 22 livres (1 et 10 kilogrammes), les cubesats sont généralement mesurés et classés par «unités» (U), chaque unité représentant un cube de 10 centimètres (3,93 pouces) de chaque côté.

La majorité des cubesats de la mission Artemis 1 ont une taille de 6U, enchaînant six de ces unités, ce qui donne des dimensions autour de celle de 7,8 po x 3,93 po x 13,4 po (20 cm × 10 cm × 34,05 cm).

L'un des principaux objectifs des missions Artemis est la mise en place d'une infrastructure dans l'espace, sur et autour de la lune, qui permet des missions spatiales plus longues. Le maître mot de cette ambition est « durabilité ».

Développé par la Morehead State University en partenariat avec le Goddard Space Flight Center de la NASA et la société Busek, le cubesat Lunar IceCube 6U pourrait aider à atteindre cet objectif.

Ce cubesat utilisera des instruments sophistiqués pour « flairer » l'eau et d'autres ressources à la fois sur la lune et au-dessus de la surface lunaire, ce qui pourrait aider nos astronautes dans de futures missions. Les ressources in situ réduisent la quantité de matières premières qui doivent être transportées dans l'espace, ce qui rend les missions plus rentables.

L'eau sur la lune pourrait même être utilisée pour générer du carburant de fusée à utiliser pour retourner sur Terre ou s'aventurer plus loin dans le système solaire.

IceCube, qui ne pèse que 31 livres (14 kg), aura une orbite de sept heures autour de la lune, propulsé par un système de propulsion ionique. Au cours de cette orbite, pour protéger son instrumentation du rayonnement solaire, une petite "porte de garage" s'ouvre en glissant, permettant seulement une heure d'observations de la surface lunaire dans chaque orbite.

L'eau lunaire existe principalement sous forme de glace et le Lunar IceCube transporte un instrument de la NASA appelé Broadband InfraRed Compact High-Resolution Exploration Spectrometer (BIRCHES) qui peut étudier la distribution de cette eau sur la lune.

BIRCHES est également capable de détecter de l'eau dans la fine atmosphère de la lune - l'exosphère. Cela pourrait nous aider à mieux comprendre comment le régolithe sur la lune - analogue au sol sur Terre - absorbe et libère de l'eau.

Cela aidera à cartographier les changements que subit la lune, ce qui, selon la NASA, est la clé d'une présence lunaire soutenue.

Plusieurs autres cubesats Artemis 1 se joindront à IceCube pour observer attentivement la lune.

Conçu par des chercheurs et des étudiants de l'Arizona State University, le Lunar Polar Hydrogen Mapper (LunaH-Map) étudiera les abondances d'hydrogène dans les régions sombres de la lune.

Cela comprendra la création d'une carte de l'hydrogène à une échelle spatiale d'environ 6 miles (environ 10 kilomètres) et l'évaluation de la quantité de cet élément enfermé dans de la glace d'eau se trouvant dans de profonds cratères lunaires ombragés.

Également un cubesat 6U, la mission scientifique de LunaH-Map durera 60 jours avec le minuscule vaisseau spatial effectuant 141 orbites hautement elliptiques de la lune à basse altitude qui la rapprocheront de 3 à 6 miles (4,8 à 9,6 km) de la surface lunaire. Cette orbite sera centrée sur le cratère Shackleton - un cratère d'impact situé au pôle sud de la lune.

L'instrument principal de LunaH-Map est un détecteur de neutrons qui utilise un matériau Cs2YLiCl6:Ce (CLYC) pour détecter les neutrons - normalement enfermés dans des noyaux atomiques avec des protons - et évaluer s'ils ont interagi avec l'élément hydrogène.

La NASA indique qu'au cours de son opération de deux mois, LunaH-Map cartographiera la teneur en hydrogène de tout le pôle sud de la lune, mesurant également la teneur en hydrogène en vrac à un mètre sous la surface lunaire.

Les cubes 6U de Lockheed Martin à LunIR – anciennement connu sous le nom de SkyFire – effectueront également des survols de la lune en cartographiant sa surface.

LunIR sera déployé à partir de l'étape de propulsion cryogénique provisoire (ICPS) fournie par l'Agence spatiale européenne (ESA) et contient une technologie qui capturera des images de la surface lunaire aidant à caractériser sa structure de composition et la façon dont elle interagit avec l'espace.

Ces données pourraient aider à sélectionner les sites d'atterrissage pour les futures missions lunaires et aider à l'évaluation des risques potentiels pour les astronautes qui s'aventurent sur la surface lunaire pour des séjours plus longs.

Après son survol, LunIR effectuera des manœuvres et des opérations qui pourraient également aider à concevoir de futures missions spatiales, à la fois en équipage et robotisées.

Les technologies exceptionnelles d'exploration de la Lune démontrées par le Nano Semi-Hard Impactor (OMOTENASHI) CubeSat visent à prouver que les atterrisseurs lunaires peuvent être de toutes tailles et de tous coûts.

L'agence japonaise d'exploration aérospatiale (JAXA) a créé des cubesat 6U, qui pèsent 27,7 livres (12,6 kg) au total, éjecteront un nanolander de 2,2 livres (1 kg) alimenté par un moteur de fusée solide jetable pesant 13,2 livres (6 kg), qui descendre sur la surface lunaire.

Peu de temps avant l'impact, le nanolander se déplacera à environ 98 pieds par seconde (30 mètres par seconde), et larguera la fusée vendue et déploiera ensuite un airbag à deux lobes pour l'amortir lors de son atterrissage.

Une fois sur la lune, OMOTENASHI — dont le nom signifie « hospitalité » en japonais — mesurera le rayonnement de la surface lunaire et étudiera la mécanique du sol à l'aide d'accéléromètres.

Ces dispositifs mesurent les vibrations ou l'accélération en utilisant un changement de masse pour « comprimer » un matériau piézoélectrique et créer une charge électrique proportionnelle à la force subie par le matériau.

La lune n'est pas le seul objet autour de la Terre sur lequel les cubesats d'Artemis 1 vont enquêter.

Les astéroïdes géocroiseurs (NEA) seront la cible d'observations effectuées par NEA Scout, une mission de reconnaissance robotique pour survoler et restituer les données d'un astéroïde.

NEA Scout se déploiera à partir du SLS après avoir lancé le vaisseau Orion vers la lune, entamant un voyage de deux ans pour le cubesat de taille 6U vers un astéroïde cible.

Un élément clé de la mission sera une voile solaire - un matériau fin et léger qui utilise les photons du soleil et leur élan pour propulser le petit bateau.

Bien qu'elle se déplie à partir d'un cube de la taille d'une boîte à chaussures, la voile déroulée atteint une taille de 925 pieds carrés (86 mètres carrés) et elle est soutenue par quatre bômes métalliques de 24 pieds (7,3 m). Cette grande surface est nécessaire pour capturer un grand nombre de photons, dont chacun ne confère qu'une infime quantité de poussée.

Une fois qu'il atteint une distance d'environ 25 000 à 31 000 milles (environ 40 000 à 50 000 km) de sa cible, il identifiera l'astéroïde. À une distance comprise entre 62 et 75 miles (100 à 120 km) de l'astéroïde, NEA Scout utilisera sa caméra, NEACam - un capteur d'image CMOS de 20 mégapixels avec une taille de matrice de 3840 x 3840 pixels - pour capturer des images à renvoyer vers la terre.

La NASA dit que cela aidera à déterminer les propriétés de l'astéroïde comme sa position dans l'espace, sa forme et sa rotation, ainsi qu'à mesurer son champ de poussière et de débris environnant. Ces informations pourraient s'avérer utiles pour de futures missions visant à atterrir sur des NEA.

Le vaisseau spatial EQUilibriUm Lunar-Earth point 6U (EQUULEUS) est également un cubesat créé pour Artemis 1 par JAXA avec l'aide de l'Université de Tokyo. Son objectif est de comprendre le rayonnement dans l'environnement spatial autour de la Terre.

EQUULEUS utilisera des techniques de contrôle de trajectoire à faible énergie, notamment un système de propulsion à eau à faible poussée qui utilise très peu de fluide propulseur pour asseoir l'engin sur une orbite entre la Terre et la Lune.

De là, le cubesat observera la plasmasphère de la Terre, la région intérieure de la magnétosphère constituée de plasma froid — un gaz dans lequel les atomes ont été dépouillés d'électrons.

En plus de nous aider à mieux comprendre les techniques de contrôle de trajectoire à faible énergie et les survols lunaires dans la région Terre-Lune, EQUULEUS pourrait fournir des informations vitales qui aident à protéger l'électronique et les astronautes lors de missions spatiales à long terme.

Un autre cubesat Artemis 1 est également sur le point de collecter des informations susceptibles de protéger les astronautes des radiations.

BioSentinel est un projet qui permettra aux scientifiques du centre de recherche Ames de la NASA, dans la Silicon Valley en Californie, de mieux comprendre l'effet des rayonnements sur les organismes dans l'espace.

La mission utilise la levure, familière aux boulangers et aux brasseurs, comme «organisme modèle» pour comprendre comment les rayonnements à haute énergie peuvent provoquer des ruptures d'ADN - qui transportent des informations génétiques dans les cellules de tous les organismes vivants, y compris les humains.

La levure a été sélectionnée parce que non seulement les chercheurs la comprennent très bien, mais la façon dont les dommages dans son ADN sont réparés est similaire à la façon dont le processus se déroule chez l'homme.

Deux souches de la levure Saccharomyces cerevisiae - dont l'une répare les dommages à l'ADN beaucoup mieux que l'autre - seront déclenchées pour se développer une fois que BioSentinel sera en dehors de la magnétosphère terrestre, ce qui nous protège des rayons solaires agressifs.

Le cubesat 6U pesant environ 30 livres (13 kg) effectuera sa mission pendant environ 18 mois et survolera la lune en route pour orbiter autour du soleil. Le projet représente la première fois en 40 ans que des organismes ont été envoyés dans l'espace lointain.

Le cubesat pour étudier les particules solaires (CuSP) sera également en orbite autour du soleil après avoir été transporté hors de l'atmosphère terrestre.

Le rôle de CuSP sera d'étudier le rayonnement de l'étoile, les vents solaires et les événements solaires qui peuvent avoir des effets sur et autour de la Terre, comme interférer avec les communications radio, endommager l'électronique des satellites et même frapper nos réseaux électriques.

Le cubesat 6U transporte trois instruments capables de mesurer cette « météo spatiale » avant qu'elle n'atteigne la Terre, frappant sa magnétosphère et déclenchant potentiellement une tempête géomagnétique nocive.

Le spectrographe ionique suprathermique (SIS) détecte et trie les particules énergétiques solaires à faible énergie, tandis que le télescope électronique et proton miniaturisé (MERiT) compte les particules solaires à haute énergie et le magnétomètre vectoriel à hélium (VHM) surveille la force et la direction des champs magnétiques. .

Ensemble, les trois instruments CuSP permettront aux scientifiques de suivre comment l'environnement de l'espace entre le Soleil et la Terre change et comment ces changements affectent notre planète. CuSP fournit également aux chercheurs un moyen de tester le fonctionnement d'un réseau de cubesats de surveillance de l'espace, révélant le potentiel d'une multitude de cubesats de surveillance de la météo spatiale.

Le cubesat Team Miles a eu l'un des voyages les plus intéressants vers la rampe de lancement de toutes les charges utiles secondaires d'Artemis 1, et son voyage après le lancement devrait s'avérer tout aussi passionnant.

Le projet a été sélectionné pour rejoindre Orion et le SLS après que ses concepteurs scientifiques citoyens de Miles Space et Fluid & Reason, LLC l'aient inscrit au CubeQuest Challenge de la NASA.

Team Miles utilisera des propulseurs innovants à plasma d'iode - qui utilisent des ondes électromagnétiques à basse fréquence comme propulsion - pour parcourir environ 37 millions de miles (60 millions de km) de la Terre sur une trajectoire vers Mars dans ce que le chef d'équipe Wesley Faler décrit comme une "course de dragsters vers la lune."

Voyageant plus loin que n'importe quel engin de cette petite taille n'est allé auparavant, le cubesat de taille 6U piloté par un système informatique embarqué sophistiqué testera également un logiciel pour les communications radio avec la Terre.

ArgoMoon est un cubesat 6U conçu par l'Agence spatiale italienne (ASI) et sélectionné par l'ESA pour voler avec Artemis 1. Après avoir été déployé à partir de l'ICPS, il deviendra l'un des premiers cubesats européens à quitter l'orbite terrestre.

Non seulement ArgoMoon démontrera la capacité d'effectuer des opérations par l'ICPS, mais il collectera également des données de la scène lorsqu'il enverra Orion vers la lune et qu'il lancera ses autres charges utiles secondaires cubesat.

Le fait qu'ArgoMoon enregistrera des images de l'ICPS dans l'exercice de ces fonctions signifie que sa contribution à Artemis 1 pourrait aider à définir l'histoire de l'une des missions les plus importantes de l'histoire de l'exploration spatiale et la prochaine étape de l'humanité dans l'univers.

La mission Artemis ne serait pas possible avec le Space Launch System (SLS), la fusée la plus puissante conçue par l'humanité.

Le vaisseau spatial Orion voyagera plus loin dans l'espace que tout autre vaisseau destiné aux humains.

"Artémis." NASA (2022).

"Artemis 1 : À propos de la charge utile CubeSat." Centre spatial de Houston (2021).

"Mission Lunar IceCube pour localiser, étudier les ressources nécessaires pour une présence durable sur la Lune." NASA (2019).

"LunaH-Map: CubeSat construit par l'université pour cartographier l'eau et la glace sur la Lune." NASA (2016)."LunaH-map." Université d'État de l'Arizona (2022).

"La NASA sélectionne le LunIR CubeSat de Lockheed Martin pour la charge utile secondaire Artemis 1." NASA (2016).

"CHEVAL et OMOTENASHI." éoPortail (2022). "NEA Scout." NASA (2022).

"Qu'est-ce que BioSentinel?" NASA (2022)

"Qu'est-ce qu'un CubeSat et les autres Picosatellites ?" Base de données Nanosats (2022).

« Argomoon ». éoPortail (2022).

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Robert Lea est un journaliste scientifique britannique dont les articles ont été publiés dans Physics World, New Scientist, Astronomy Magazine, All About Space, Newsweek et ZME Science. Il écrit également sur la communication scientifique pour Elsevier et le European Journal of Physics. Rob est titulaire d'un baccalauréat ès sciences en physique et astronomie de l'Open University du Royaume-Uni. Suivez-le sur Twitter @sciencef1rst.

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