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02.04.08

Le vol en formation

Pour de nombreux spécialistes, l'avenir des projets spatiaux passe par le vol en formation, une technologie qui lorsqu'elle sera arrivée à maturité permettra des applications et des missions spatiales jusqu'alors impensables.

Le vol en formation, c'est-à-dire celui qui vise accroître les performances des instruments en orbite est à ne pas confondre avec les satellites qui volent en formation dans les constellations de type GPS par exemple. Contrairement à ces constellations qui utilisent plusieurs satellites pour augmenter la fonctionnalité d'un seul, le vol en formation des missions spatiales utilise de multiples satellites pour former un seul capteur, bien plus grand que ne pourrait le déployer une seule plate-forme. Autrement dit, il vise à accroître les performances des instruments en orbite. On reconstitue ainsi un très grand instrument, par exemple un télescope à très longue focale, ou un interféromètre à très grande base en utilisant au moins 2 satellites naviguant à quelques dizaines de mètres l'un de l'autre et partageant la charge utile embarquée. Ils constituent ensemble un instrument aux performances démultipliées.

Ce domaine est un objectif stratégique du CNES et de l'Agence spatiale européenne qui ont lancé des démonstrateurs et des projets autour du vol en formation. La mesure de la distance entre satellites avec une précision meilleure que le micromètre et des systèmes de propulsion à poussée finement ajustable sont démontrés en laboratoire. Bien qu'ils n'aient pas encore été validés en vol, scientifiques et ingénieurs projettent l'utilisation de ces nouveaux concepts pour certaines missions futures.

Si les projets les plus fous, ceux prévoyant l'utilisation de plusieurs satellites sont dans les cartons des agences spatiales, le vol en formation est néanmoins une réalité. On citera les 2 satellites de la mission GRACE, lancés en 2002 et qui étudient le champ de gravité de la Terre. Ces 2 satellites volent en formation à une altitude moyenne de 485 km et sont séparés de 220 km. Ou le A-Train, une constellation de six satellites d'observation de la Terre remplissant chacun une mission différente et autonome. C'est la première fois qu'on utilise un de cette ampleur et aussi rapprochés. Placés sur une même orbite, ils se suivent à quelques minutes d'intervalle: 15 minutes entre le premier et le dernier, tandis que plusieurs sont à quinze secondes seulement l'un de l'autre. Ce concept de vol en formation est unique: un ensemble de six satellites va ainsi observer la même portion de l'atmosphère à quelques minutes. Ils ont donc la même trace au sol.

Dans le cadre des missions spatiales, le vol en formation consiste à déployer plusieurs satellites en même temps et les faire évoluer en formation avec une précision poussée à la limite de nos capacités technologiques. Il s'agit de la condition essentielle pour un fonctionnement optimal. En raison des très faibles distances entre les satellites et les vitesses relatives très importantes, ce domaine de vol représente donc un majeur pour l'industrie spatiale européenne.

Le vol en formation exigera, pour le contrôle de la géométrie de la formation, des poussées continues et des asservissements en boucle fermée très rapides, ce qui conduira à des systèmes de guidage et navigation plus complexes que ce qui se fait à présent.

Quelques projets

Mission	DESCRIPTIF	ETAT DE LA MISSION	ORBITE
GRACE	2 satellites pour l’étude du champ de gravité. Mesure de distance.	Lancé en 2002	a = 6683 km, e = 0.0022 , i = 89°
CALIPSO /CLOUDSAT	Ils font partie de A-TRAIN qui observe la Terre.	2006	héliosynchrone, h = 705 km, i = 98.2 °
DARWIN	4 satellites pour la détection des exoplanètes. Interférométrie (ESA).	Incertitude sur son sort	autour de L2
LISA	3 satellites pour la détection des ondes gravitationnelles. Interférométrie (ESA).	lancement 2014 ?	héliocentrique, 20° après la Terre, distance entre eux 5 millions de km
TPF	Equivalent à DARWIN (NASA)	Incertitude sur son sort	autour de L2
ASPICS	2 satellites pour l’étude de la couronne solaire.	proposition au CNES	?
SIMBOL-X	Télescope avec une très grande distance focale pour observer le rayonnement de très haute énergie. 2 satellites.	proposition au CNES	h = 81500 km
TechSat 21	35 clusters de 8 satellites pour observer la Terre. Mission militaire.	3 satellites lancés en 2003	h = 600 km
PEGASE	Interféromètre spatial pour l’étude de planètes type Jupiter	annulé	autour de L2
MAX	Spectroscopie d’hautes énergies. 2 satellites pour avoir une grande focale.	proposition au CNES	autour de L2
XEUS	Observatoire spatial de nouvelle génération à rayons X	ESA (Cosmic Vision 2015-2025)	autour de L2
XPC	Planètes extrasolaires	Phase d'étude de conception (NASA)
New Worlds Observer	Planètes extrasolaires	Phase d'étude de conception (NASA)

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