CAPSTONE : des soucis de communications corrigés

Lancé avec succès le 27 juin, le satellite CAPSTONE a donné quelques frayeurs aux équipes de la NASA et des opérations du satellite, alors qu’elles avaient perdu le contact avec le gros cubesat après sa séparation de l’étage supérieur Photon, retardant la manœuvre de correction de trajectoire post-séparation.

Mais tout semble être désormais rentré en ordre avec une première correction de trajectoire réalisée.

Ce qu’il s’est passé depuis le lancement

Après le lancement par Electron, c’est le « satellite convoyeur » Lunar Photon qui a pris le relais, fournissant à CAPSTONE le transport, la puissance et les communications dans l’espace.

Le moteur HyperCurie de Photon a réalisé toutes les manœuvres pour élever l’orbite. En 3 jours, le moteur a été allumé 5 fois. Au 1er juillet, les allumages 6 et 7 ont été combinés car Rocket Lab avait jugé qu’une seule manœuvre était possible. Cette dernière opération a alors placé l’ensemble Photon-CAPSTONE sur une orbite avec un apogée à 69 680 km d’altitude.

Le centre de contrôle de Rocket Lab suivant les opérations de Photon/Capstone (via Peter Beck)

Après six jours d’élévation d’orbite par le moteur HyperCurie, CAPSTONE a été déployé sur sa trajectoire de transfert lunaire balistique (BLT) vers la Lune comme prévu à 07h18 UTC le 4 juillet. La vitesse atteinte était de 39 400 km/h permettant au satellite de se libérer de l’orbite terrestre.

Illustration de la séparation de CAPSTONE de photon (crédit NASA Ames)

Succès pour Rocket Lab

Le convoyeur Photon va poursuivre de son côté sur une orbite extraplanétaire pour une mission secondaire afin de tester les capacités du moteur hypercurie. Le 7 juillet, Photon avait dépassé la Lune et était à 390 000km de la Terre.

Un beau succès pour Rocket Lab et son lanceur Electron et son étage supérieur Lunar Photon réussissant sa première mission dans l’espace lointain.

La mission CAPSTONE marque le début du retour de l’humanité sur la Lune grâce au programme Artemis de la NASA et nous sommes incroyablement fiers que Rocket Lab ait joué un rôle clé à cet égard. L’équipe Rocket Lab travaille sur CAPSTONE avec la NASA et nos partenaires de mission depuis plus de deux ans, pour développer une nouvelle technologie de petit satellite sous la forme du satellite Lunar Photon pour rendre cette mission possible, c’est donc un sentiment incroyable après tout ce travail acharné et cette innovation pour réussir la mission et mettre CAPSTONE sur la voie de la Lune. Cela a été la mission la plus complexe de Rocket Lab à ce jour et notre équipe a été incroyable. Nous avons poussé Electron et Photon à leurs limites et avons prouvé qu’il était possible de faire de grandes missions avec de petits vaisseaux spatiaux. Nous allons maintenant appliquer cette technologie révolutionnaire pour plus de voyages interplanétaires, y compris nos prochaines missions sur Vénus et Mars.

Peter Beck, fondateur et PDG de Rocket Lab

La mission CAPSTONE était le 27e lancement Electron mais c’est surtout la première utilisation du « satellite bus » Photon dans sa variante « Lunar », une variante à haute énergie et avec une charge utile de 300 kg, la mission avec la portance la plus lourde d’Electron à ce jour.

Rocket Lab ne cache pas ses ambitions et envisage d’autres missions interplanétaires : ESCAPADE sur Mars en 2024 et une mission privée de Rocket Lab vers Vénus.

Les projets de Rocket Lab avec Photon (crédit Rocket Lab)

Après la séparation, plus de communication avec CAPSTONE

Une fois séparé de Photon, CAPSTONE utilise sa propre propulsion et la gravité du Soleil pour effectuer le reste du chemin vers la Lune, un voyage de quatre mois qui fera insérer CAPSTONE dans son orbite de halo proche rectiligne (NRHO) autour de la Lune en novembre. La trajectoire utilisée permet de réduire considérablement la quantité de carburant dont le CubeSat a besoin pour atteindre son orbite cible autour de la Lune.

A la suite de la séparation, c’est le Centre des opérations d’Advanced Space et le Centre des opérations de mission de Terran Orbital qui prennent le relais pour le suivi de la mission de CAPSTONE.

Au cours des premières activités de mise en service, une anomalie a été observée concernant le sous-système de communication du satellite qui communique avec le sol via les antennes du Deep Space Network (DSN) de la NASA.

Interface du Deep Space Network (crédit NASA)

À la suite de cette anomalie, la première manœuvre de correction de trajectoire, initialement prévue pour le 5 juillet, a été retardée. Cette manœuvre est la première d’une série conçue pour apporter de petites corrections afin d’augmenter la précision de l’orbite de transfert vers la Lune. Le satellite reste sur la trajectoire de transfert lunaire balistique (BLT) tandis que cette manœuvre de ciblage est retardée. L’un des avantages du BLT, est sa robustesse face à des retards comme celui-ci, permettant aux équipes de comprendre d’où vient l’anomalie avant de tenter la première manœuvre et de risquer de perdre le satellite. Le satellite disposait de suffisamment de carburant pour retarder de plusieurs jours la manœuvre de correction de trajectoire post-séparation.

Pendant les 11 premières heures d’opérations du satellite, tout s’est bien passé : CAPSTONE avait déployé correctement ses panneaux solaires, avait atteint la stabilisation à trois axes et était entré dans un mode de charge de sa batterie. Il avait exécuté avec succès le mode de pointage de son antenne vers la Terre, a communiqué avec la station DSN à Madrid en Espagne suivi d’un contact partiel avec la station au sol Goldstone en Californie. L’équipe d’exploitation a pu déterminer l’état du satellite (position et vitesse) et concevoir une manœuvre de correction de trajectoire initiale. Le système de propulsion avait été mis en service et préparé pour la première manœuvre de correction de trajectoire.

Le système de communications de CAPSTONE est devenu inutilisable lors d’une tentative d’accès aux données de diagnostic.

Le 6 juillet à 7h26 UTC, les équipes des opérations ont commencé à recevoir à nouveau le signal de CAPSTONE. Le signal a confirmé l’emplacement du satellite conforme aux prévisions générées par les activités d’acquisition initiales. Les télémétries suivantes ont confirmé que les systèmes du satellite fonctionnent correctement et ont procédé de façon autonome aux activités critiques du maintien « en vie » du satellite : maintien de la charge de la batterie, maintien du pointage vers la Terre et désaturation de la roue à réaction.

Une anomalie provoquée par 2 erreurs successives

Après analyses de toutes les données, les équipes ont déterminé ce qui a conduit au problème de communication de CAPSTONE qui a commencé le 4 juillet.

Lors de la mise en service, l’équipe du Deep Space Network a noté des données de portée incohérentes. Lors de l’analyse de cette anomalie, l’équipe des opérations du satellite a tenté d’accéder aux données de diagnostic sur le système de communication du cubesat et a envoyé une commande mal formatée qui rendait le système de transmission inutilisable.

Le système de détection des défauts du satellite aurait dû immédiatement redémarrer la « radio », mais cela n’a pas été le cas en raison d’un défaut dans le logiciel de vol.

Le système de logiciel de vol autonome de CAPSTONE a finalement effacé le défaut et a ramené le satellite en communication avec le sol, permettant à l’équipe de mettre en œuvre des procédures de récupération et de recommencer à commander CAPSTONE.

Reprise des opérations nominales

Le 7 juillet, soit avec 2 jours de retard, vers 9h30 UTC, CAPSTONE a exécuté avec succès sa première manœuvre de correction de trajectoire sur le chemin de la Lune avec son système de propulsion embarqué.

Au moment de l’exécution de la manœuvre, CAPSTONE était à environ 465 000 km de la Terre (~ 13 fois plus loin que les satellites en orbite géostationnaire et ~ 81 000 km plus loin que la Lune).

Première correction d’orbite (TCM-1) pour CAPSTONE (crédit Advanced Space)

La manœuvre a duré un peu plus de 11 minutes et a changé la vitesse du satellite d’environ 20 m/s. Avant cette manœuvre, le satellite était sur une trajectoire à environ 1,2 million de km de la Terre pour son point au plus loin. Après cette manœuvre, le vaisseau spatial cible désormais une trajectoire qui l’amènera à un apogée d’environ 1,4 million de km de la Terre (~ 39 plus loin que les satellites en orbite géostationnaire, ou 3,6 fois la distance de la Lune).

Sources de l’article : site Rocket Lab, blog NASA et site Advanced Space

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