Gaia : déploiement du Sunshield réussi

Ce jeudi 10 octobre, l’une des étapes majeures de la campagne de tir du satellite Gaia a eu lieu : le déploiement du pare-soleil (Sunshield ou DSA, Deployable Sunshield Assembly) commandé par le logiciel de vol.

Après 1 mois de préparation et d’installation du pare-soleil, les équipes SENER et ASTRIUM ont testé avec succès cette mise en configuration permettant de vérifier une nouvelle fois la maîtrise de l’intégration de ce sous-système capital pour la mission de Gaia, et également la séquence de déploiement automatique par le logiciel de vol installé à bord du satellite. On a pu alors vérifier le déclenchement des éléments pyrotechniques qui viennent couper les 12 boulons qui retiennent les 12 structures tubulaires (frames ou batis) supportant les couvertures thermiques du Sunshield en configuration lancement.

N’étant pas présente à Kourou pour cette phase, voici l’article traduit en français disponible sur le blog de l’ESA relatif à ce test :

Pyrotechnie et 24 coups : Le deploiement du Sunshield  

Plusieurs appareils photos ont été stratégiquement positionnées autour du satellite et programmées pour prendre une image toutes les 3 secondes. À l’intérieur de la salle blanche, c’est le silence total, qui est interrompu seulement par le cliquetis régulier des appareils photos. Trois fenêtres fournissent une vue de la salle blanche depuis les bureaux estérieurs. Derrière ces fenêtres, il y a beaucoup d’observateurs, tous les yeux rivés sur le satellite. Le silence est soudainement coupé par la sonnerie d’un téléphone rouge sur le mur. Nous nous étions attendus à l’appel : l’équipe opérant le logiciel bord est prête à commander la séquence de déploiement. C’est le moment pour une dernière vérification rapide : c’est bon pour y aller ? Le leader de l’équipe Déploiement confirme que nous sommes GO pour le déploiement et décroche le téléphone. Peu de temps après, il y a 12 coups forts à intervalles réguliers de 3 secondes, suivi de 12 clics plus doux, et les « frames » (ou bâtis ) s’ouvrent lentement. Le sunshield commence à se déployer, exactement comme prévu.

Le sunshield est essentiel pour maintenir la stabilité thermique du télescope et il aide à garder la  température basse exigée par l’électronique de détection. Sans lui, comme le satellite tourne lentement autour de son axe pour observer les étoiles, chaque point sur la surface extérieure chaufferait alternativement quand il ferait face au soleil et refroidirait lorsqu’il entre dans l’ombre. Ceci générerait des distorsions thermiques dans le télescope qui, bien que minuscules, seraient suffisantes pour ruiner la précision extrême exigée pour accomplir les objectifs scientifiques de Gaia.

Après avoir assemblé le sunshield sur le satellite à Kourou, le test de déploiement sert de vérification finale pour vérifier que le sunshield est correctement monté et prêt à travailler dans l’espace.

Chacun des 12 bâtis composant le squelette structurel du sunshield est articulé à sa base. Pour le lancement, les bâtis sont gardés stockés de sorte qu’ils restent verticaux autour du corps cylindrique du satellite. Chaque bâti est boulonné à mi-hauteur. Cette configuration repliée est nécessaire pour faire rentrer le satellite dans la coiffe du lanceur, qui protégera GAIA pendant durant la phase ascendante du lanceur à travers l’atmosphère. Trois minutes et demie après le tir, le lanceur sera déjà à une altitude de 115 kilomètres, où l’atmosphère est tellement ténue que la coiffe ne sera plus nécessaire. À cette étape, la coiffe est larguée. Une heure après le lancement, au début de son voyage d’un mois vers le point de Lagrange à 1,5 million de kilomètres de la Terre, le sunshield de Gaia sera déployé.

Afin de déployer le sunshield, le boulon qui attache chaque bâti au satellite est vissé dans le filetage d’un écrou pyrotechnique.

Un signal électrique est envoyé pour tirer une minuscule  charge explosive à l’intérieur de la petite chambre fermée  de chaque écrou pyrotechnique. La pression établie par l’explosion active  un mécanisme qui ouvre le filetage, déclenchant la libération du boulon et du bâti correspondant. L’équipement complet n’est pas beaucoup plus grand qu’une tasse de café Expresso.

Chaque charge  explosive est constituée de 114 milligrammes de poudre de perchlorate de potassium de zirconium (ZPP). La quantité d’énergie déclenchée par chaque charge est semblable à celle d’une balle expulsée du fût d’un pistolet de main. Chaque écrou pyrotechnique a 2 de ces charges explosives, une principale et une redondante. D’abord, toutes les charges principales sont tirées pour ouvrir les écrous, les 12 premiers clics. Ensuite, toutes les charges redondantes sont également tirés – les 12 clics suivants  – comme précaution dans le cas où l’une des charges principales n’auraient pas fonctionné. Une fois que chacun des 12 bâtis est libéré, les ressorts dans les charnières poussent l’ouverture des bâtis. Deux des bâtis sont équipés de moteurs électriques qui peuvent fournir, si besoin, un couple  supplémentaire, et assurent une vitesse constante et un  déploiement contrôlé afin de mettre le sunshield dans sa position déployée finale sans à-coup.
L’ouverture du sunshield ici sur Terre présente une difficulté que nous ne ferons pas face dans l’espace : la gravité. Comme les ressorts et les moteurs électriques font basculer les bâtis pour les ouvrir, le poids du sunshield va générer un couple croissant sur les charnières. Bien que le sunshield soit très léger pour sa taille, son propre poids serait suffisant pour endommager la structure, parce qu’il est conçu pour fonctionner dans l’environnement de zéro-gravité dans l’espace. A ce titre, le déploiement exige au sol un système de compensation de gravité. Ce système implique d’accrocher chaque bâti à d’un câble guidé par des poulies le long de supports métalliques vers un système de contrepoids placés autour du satellite.

Le test de déploiement du sunshield a fonctionné sans faute. Après la vérification finale de la planéité et une inspection visuelle détaillée, le sunshield doit être réinstallé pour être prêt au lancement. Ceci exigera d’enlever les couvertures triangulaires déployables qui couvrent l’espace entre les bâtis, d’amener les bâtis à nouveau dans leur position stockée, d’installer des écrous pyrotechniques neufs, de rouler ces couvertures thermiques déployables et de les remonter.

Le sunshield de Gaia est unique. Peu de satellites ont une structure déployable de cette taille. Son développement a été effectué avec difficultés, son test a présenté beaucoup d’enjeux, mais les efforts de SENER, de RUAG, d’ASTRIUM et de l’ESA pendant les 10 dernières années, de sa conception initiale jusqu’à ce moment, ont payé. Le sunshield est maintenant prêt à voler. La prochaine fois qu’il se déploiera, ce sera dans l’espace.

Dans le même temps, les préparations pour le lancement du satellite Gaia continuent ici à Kourou.

 Daniel Escolar, ingénieur mécanique ESA sur Gaia, depuis Kourou.

La vidéo du déploiement est visible sur l’ESA TV

D’autres photos sur : www.spaceflightnow.com/