LISA Pathfinder – Préparatifs vus de l’intérieur

Cet article est une traduction d’une série de publications sur le blog LISA’s voyage into Space rédigées par Victoria Lonnon, ingénieure Assurance Qualité Satellite chez Airbus Defence and Space basée sur le site de Stevenage, près de Londres. Elle fait partie de l’équipe qui suit la dernière phase de préparation de LISA Pathfinder, un satellite de l’agence spatiale européenne (ESA) qui s’envolera fin 2015 pour servir de démonstrateur de technologies visant à la réalisation dans le futur d’un observatoire spatial des ondes gravitationnelles. L’existence de ces ondes, des courbures dans l’espace-temps produites par l’accélération de masses très importantes (supernovas ou collisions de corps massifs), a été prédite par Einstein en s’appuyant sur sa théorie de la relativité générale. Bien que des expérimentations aient eu lieu sur Terre pour tenter d’observer ce phénomène, de nombreux problèmes rendent ces mesures difficiles, ce qui a conduit les scientifiques à se tourner vers l’observation depuis l’espace.

Lundi 27 Avril 2015 : Le voyage commence, préparations pour le départ de Stevenage

Les dernières semaines avant de partir pour Munich [pour les derniers essais] avec LISA Pathfinder étaient très chargées.

En tant qu’ingénieure assurance qualité sur le satellite, je jonglais entre les différentes activités qui nécessitaient mon soutien et complétais les inspections finales du véhicule spatial avant qu’il soit expédié.

Inspection finale de Lisa Pathfinder (Crédit : Airbus Defence and Space Ltd)

Inspection finale de Lisa Pathfinder (Crédit : Airbus Defence and Space Ltd)

Au même moment, alors que l’équipe préparait le satellite, ils devaient également se charger de préparer tout les équipements nécessaires à la réalisation des tests une fois en Allemagne, pour démontrer que le satellite fonctionne comme prévu.

Déplacement des équipements pour leur chargement (Crédit : Airbus Defence and Space Ltd)

Déplacement des équipements pour leur chargement (Crédit : Airbus Defence and Space Ltd)

Tout le monde passa une journée excitante lorsque nous avons couplé la charge utile scientifique et le module de propulsion et même la presse s’est déplacée pour y assister, et vous pouvez accéder aux différents articles via les liens ci-dessous.

http://www.satnews.com/story.php?number=859969578&menu=1 )
http://www.bbc.co.uk/news/science-environment-31642215
http://www.itv.com/news/anglia/update/2015-02-28/pathfinder-prepares-for-space-launch/
http://www.theguardian.com/science/across-the-universe/2015/mar/03/european-space-agencys-gravity-probe-leaves-uk-for-final-tests-before-launch

Finalement, après quelques longues semaines, nous étions prêts à partir, le satellite solidement calé dans le container de transport.

Lisa Pathfinder bien installé dans le container. (Crédit : Airbus Defence and Space Ltd)

Fin d'une longue journée. (Crédit : Airbus Defence and Space Ltd)

Fin d’une longue journée. (Crédit : Airbus Defence and Space Ltd)

Le moment est venu de mettre le couvercle - A bientôt en Allemagne LISA Pathfinder ! (Crédit : Airbus Defence and Space Ltd)

Le moment est venu de mettre le couvercle – A bientôt en Allemagne LISA Pathfinder ! (Crédit : Airbus Defence and Space Ltd)

Mardi 21 Mai 2015 : Créer l’Espace, sur Terre

Le processus classique d’ingénierie (design, fabrication et test), s’applique aussi bien à un véhicule spatial qu’à un avion. Cependant, à la différence d’une voiture ou d’un avion, tester l’élément que vous avez construit, dans un environnement réaliste et représentatif, est un peu plus compliqué. Après tout, pour faire un tel test, nous devons littéralement récréer l’Espace ici sur Terre.

Mais comment faire ?

Nous employons ce que l’on appelle une chambre à vide thermique. Cet appareil, une fois que le véhicule spatial est scellé à l’intérieur, est d’abord utilisé pour évacuer tout l’air de la chambre. Pour notre récent test, nous avons « pompé » la chambre jusqu’à atteindre une pession de 1×10-6 mbar (en comparaison, la pression atmosphérique est d’1 bar, ce qui signifie donc que l’on atteint une pression de 0.0000000001 bar !). Une fois que cette état de vide est atteint, la chambre est refoidie à une température glaciale de -140 °C en utilisant de l’azote liquide. Avant de refroidir la chambre, le véhicule est mis en fonctionnement et l’équipe de test commence à activer les différents radiateurs et à surveiller la température de toutes les éléments pour s’assurer qu’ils restent dans leurs limites d’opérabilité.

Le test de vide thermique fût le premier test auquel LISA Pathfinder (LPF) fut soumis à son arrivée en Allemagne.

LPF installé dans la chambre à vide thermique, avant le test ((Crédit : Airbus Defence and Space Ltd)

LPF installé dans la chambre à vide thermique, avant le test. (Crédit : Airbus Defence and Space Ltd)

LPF complètement installé dans la chambre à vide thermique. (Crédit : Airbus Defence and Space Ltd)

LPF complètement installé dans la chambre à vide thermique. (Crédit : Airbus Defence and Space Ltd)

Un dernier coup d'oeil avant de fermer la porte pour les 8 jours de test. (Crédit : Airbus Defence and Space Ltd)

Un dernier coup d’oeil avant de fermer la porte pour les 8 jours de test. (Crédit : Airbus Defence and Space Ltd)

La porte est fermée et la simulation spatiale peut commencer. (Crédit : Airbus Defence and Space Ltd)

La porte est fermée et la simulation spatiale peut commencer. (Crédit : Airbus Defence and Space Ltd)

LPF est retiré de la chambre 8 jours plus tard après le test. Le moment est venu pour une photo de l'équipe ! (Crédit : Airbus Defence and Space Ltd)

LPF est retiré de la chambre 8 jours plus tard après le test. Le moment est venu pour une photo de l’équipe ! (Crédit : Airbus Defence and Space Ltd)

Mardi 21 Mai 2015 : À quel point fait-il froid dans l’Espace ?

La réponse est : plutôt froid. Sans atmosphère pour le protéger, le véhicule spatial est exposé à une température extérieure d’environ -140 °C. Quand le soleil brille à la surface d’un véhicule spatial, la température extérieure que le véhicule perçoit est d’environ +140 °C.

Comme vous pouvez l’imaginer, ces changements de température ne sont pas bons pour l’électronique à bord du véhicule, qui préfère généralement être maintenue à une douce température ambiante d’environ 22 °C. Un peu comme un téléphone mobile, si le véhicule spatial devient trop froid, les systèmes à bord pourraient commencer à défaillir. La même chose se produirait s’il devient trop chaud.

Donc, comment une température ambiante peut-elle être maintenue dans l’hostile environnement spatial ?

La réponse est : grâce à un système de régulation thermique.

Un système de régulation thermique se compose de deux éléments principaux :

  • Des éléments de contrôle passifs qui utilisent l’environnement pour réguler la température.
  • Des éléments de contrôle actifs qui cherchent activement à maintenir l’environnement interne du véhicule.

Les moyens classiques pour transporter l’énergie (dans ce cas la chaleur) sont :

  • La conduction
  • La convection
  • La radiation

Dans l’espace nous ne pouvons généralement maîtriser que deux de ces trois phénomènes physiques. À cause des conditions de vide, la convection n’est pas possible dans l’espace, à moins que le fluide, servant de support à la convection, se trouve dans le véhicule.

Les éléments actifs peuvent par exemple être des radiateurs. LPF possède un grand nombre de radiateurs répartis un peu partout. La plupart sont dédiés à des unités électroniques afin de contrôler leur température. Certains sont aussi associés à la structure du véhicule elle-même. Chacun des radiateurs peut être allumé et éteint en lui envoyant une commande on/off pour atteindre la température désirée. En complément, certains satellites sont essentiellement dotés de leur propre système de chauffage central. En utilisant une série de tuyaux remplis d’une substance volatile, qui passe facilement de l’état liquide à l’état gazeux, il est possible de transporter la chaleur au travers du véhicule grâce aux courants de convection, déplaçant la chaleur des zones les plus chaudes vers les zones les plus froides.

Les éléments passifs incluent des objets tels que des couvertures ou des finitions de peinture. Les couvertures sont enveloppées autour d’unités spéficiques et généralement l’extérieur du véhicule lui-même en est recouvert. Ce sont les surfaces de papier aluminium jaune que vous pouvez voir sur la photo ci-dessous. Leur fonctionnement repose sur l’isolation du véhicule de l’environnement spatial. Sur l’image qui suit vous pouvez également distinguer certaines zones blanches nues. Ce sont les zones peintes, recouvertes d’une finition de peinture spéciale qui donne un caractère réfléchissant à la surface de telle façon que lorsque le soleil s’y réfléchit, la radiation est renvoyée. Ceci peut-être utile afin de s’assurer que certaines parties du véhicule ne deviennent pas trop chaudes lorsqu’elles font face au soleil.

LPF dans la chambre de vide thermique.

LPF dans la chambre de vide thermique. (Crédit : Airbus Defence and Space Ltd)

Le type de finitions et de couvertures utilisées varient selon certain aspects particuliers que chaque mission peut revêtir. Des facteurs tels que l’orbite, la taille du véhicule et le type d’équipement à bord impactent le design global du système de régulation thermique.

Mercredi 5 Août 2015 : La dernière pièce du puzzle

Après de nombreuses années de préparation, le coeur du package technologique de LISA est arrivé… Un moment très excitant pour tout ceux impliqués dans le projet. L’extérieur ne révèle pas grand chose sur l’instrument délicat et très sensible contenu à l’intérieur, incluant deux masses de test faites d’or massif qui seront relâchées, contrôlées et capturées avec soin pendant le vol.

Le LISA Instrument Core Assembly. (Crédit : Airbus Defence and Space Ltd)

Le LISA Instrument Core Assembly. (Crédit : Airbus Defence and Space Ltd)

Installé dans le véhicule. (Crédit : Airbus Defence and Space Ltd)

Installé dans le satellite. (Crédit : Airbus Defence and Space Ltd)

Mercredi 5 Août 2015 : Test d’intégration avec le véhicule de lancement

Des moments excitants pour LISA Pathfinder alors que le test d’intégration avec l’adaptateur du lanceur se termine par un succès.

Cet adaptateur agira comme interface de vol entre le satellite et la fusée Vega. Le test d’intégration est effectué juste après la fabrication de l’adaptateur et environ 6 mois avant le lancement, de façon à confirmer que l’interfaçage est correct et que le harnais électrique se connecte correctement avec le véhicule pour permettre aux équipes au sol de mettre en marche et de contrôler le véhicule une fois dans la fusée sur la tour de lancement.

Le véhicule LISA Pathfinder complet, au sommet de l'adaptateur de lancement Vega. (Crédit : Airbus Defence and Space Ltd)

Le véhicule LISA Pathfinder complet, au sommet de l’adaptateur de lancement Vega. (Crédit : Airbus Defence and Space Ltd)

Des nouvelles de LISA

Vous pouvez jeter un oeil à la dernière édition de SPACE d’Euronews et l’article détaillé sur LISA Pathfinder avec quelques visages biens connus… [en anglais]

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