L'EPFL Spacecraft Team renvoie l'EPFL dans l'espace

Près de quinze ans après le lancement du CubeSat SwissCube, un nouvel équipement de l’EPFL vient d’être envoyé dans l’espace: Bunny. Cet ordinateur de bord a été fabriqué et conçu par l’association d’étudiantes et étudiants EPFL Spacecraft Team. C’est un prototype pour la future mission CHESS, dirigée par cette même association, dont l’objectif est de fabriquer et de lancer deux CubeSats, des satellites miniatures en forme de cubes en 2026.

À l’origine, l’équipe était concentrée uniquement sur ce futur lancement, jusqu’à la proposition intéressante de la société italienne aérospatiale D-Orbit en avril 2022: envoyer dans l’espace cet ordinateur lors d’une mission expérimentale à l’intérieur d’un porte-satellites ION, un véhicule de transfert orbital de D-Orbit, en janvier 2023.

«Cela a déclenché tout un processus pour essayer de repenser notre stratégie», déclare Robin Bonny, vice-président de la section électronique de l’EPFL Spacecraft Team. «Nous ne savions pas vraiment comment procéder, car nous n’étions pas très avancés dans la mission. Mais nous avions toujours l’ordinateur de bord, le seul système entièrement développé par des étudiantes et des étudiants de l’EPFL à cette époque. Nous avons donc eu l’idée de reprendre la conception actuelle de notre ordinateur de bord et de l’envoyer dans l’espace dès que possible.»

L'assemblage de l'ordinateur de bord dans les laboratoires de l'EPFL © 2023 EPFL

Un calendrier serré

Suite à cette proposition intéressante, l’équipe disposait d’environ deux mois pour repenser l’ensemble de l’ordinateur de bord. Ce délai laissait suffisamment de temps pour le tester et l’apporter à D-Orbit afin de l’intégrer à leur engin spatial d’ici septembre 2022.

Tout au long de l’été, les étudiantes et étudiants ont procédé à des tests complets. S’ils ont compris l’ordinateur d’un point de vue électrique, ils ont également appris à intégrer l’électronique à un dispositif qui peut réellement être lancé.

«Nous avions toute une liste de choses à tester et à respecter», explique Robin Bonny. m«Puis le reste de l’été n’a été que tests, tests, tests.»

L’équipe devait tester le comportement de Bunny sous vide sous différentes plages de température, ce qu’elle pouvait faire à l’EPFL en collaboration avec eSpace et Space Innovation, qui ont mis leur chambre à vide à disposition. Afin de montrer que Bunny était capable de résister au lancement avec toutes les conditions ambiantes, telles que les accélérations et les vibrations, l’équipe a fait tester l’ordinateur dans les locaux de l’Université de Berne, où elle a pu secouer la structure de la charge utile et s’assurer que rien ne se détache. En plus de tester le matériel, elle a également dû développer un logiciel performant et sans bug.

«J’ai rejoint l’EPFL Spacecraft Team pour voir mon code envoyé dans l’espace», confie Joaquim Silveira Francolino, étudiant en master de robotique et vice-président de la section logiciels de l’équipe. «La pression était intense. J’étais plus stressé par les tests que par mes propres examens, qui étaient prévus au même moment.»

En septembre, l’équipe s’est rendue dans les locaux de D-Orbit en Italie pour intégrer son matériel et le tester avec le système de D-Orbit. Elle s’est également familiarisée avec les formalités administratives nécessaires à un lancement dans l’espace, en remplissant et en envoyant tous les documents requis.

L'équipe de l'EPFL SpaceCraft Team en Italie © 2022 EPFL
 

«Lancer quelque chose dans l’espace n’est pas une tâche simple», affirme le professeur Jean-Paul Kneib, directeur académique du centre eSpace et chercheur principal de la mission CHESS. «Cela demande beaucoup d’engagement et de dévouement, alors ces étudiantes et étudiants peuvent être fiers de leur réussite!».

Expérience dans le monde réel

Bunny est une charge utile de 1 unité qui pèse 0,8 kg et est envoyé dans l’espace en tant que charge utile embarquée dans l’engin spatial de D-Orbit. Ce dernier a été lancé avec plusieurs autres satellites Starlink. L’engin spatial ION de D-Orbit s’est rendu sur une orbite terrestre basse (OTB) à forte inclinaison qui n’est pas très utilisée mais qui convient à cet essai.

La charge utile dans un boite en aluminium © Clément Loyer / EPFL

Dans quelques années, un ordinateur semblable à celui-ci sera intégré dans le cadre du projet CHESS de l’EPFL Spacecraft Team, qui consiste à fabriquer et lancer deux CubeSats 3 unités (mesurant chacun 10 x 10 x 30 cm) sur une orbite terrestre basse, l’orbite située entre la Terre et 1000 km d’altitude. Bunny est destiné à être l’ordinateur de vol du CubeSat, responsable du contrôle et du fonctionnement du satellite. Dans la mission en cours avec D-Orbit, l’EPFL Spacecraft Team fait croire à Bunny qu’il est dans un CubeSat et qu’il exécute des commandes. Ainsi, en cas d’échec de cette mission, cela n’aura pas d’impact sur le satellite de D-Orbit et fournira des informations pour améliorer la conception de l’ordinateur.

Les futurs CubeSats de la mission CHESS mèneront des recherches scientifiques telles que la mesure de la composition chimique de l’atmosphère terrestre. L’équipe travaille sur ce projet à long terme depuis près de quatre ans déjà. Certains des étudiants et étudiantes qui y ont travaillé ou qui y travaillent actuellement ne seront pas témoins du lancement des deux satellites. En attendant, le projet Bunny a été réalisé en deux mois seulement, ce qui a permis à une équipe de plus d’une dizaine d’élèves de le mener à bien du début à la fin, en faisant l’expérience concrète de la fabrication et de la qualification d’un objet destiné à être lancé dans l’espace.

«D’un point de vue éducatif, il est vraiment intéressant pour l’étudiante ou l’étudiant lambda de voir le processus de création d’un objet qui va être envoyé dans l’espace», indique Robin Bonny.

«L’intégration du logiciel avec l’ordinateur Bunny sur l’engin spatial ION a été la tâche la plus stressante de mon parcours universitaire», affirme Silveira Francolino. «Les conséquences d’une erreur auraient été catastrophiques pour la mission, aucun écart n’était donc permis. Mais malgré la pression, c’était une excellente expérience, et je la recommande à toute personne intéressée par l’ingénierie.»

La mission Bunny est aussi spécifiquement conçue pour être durable, car l’engin spatial ION dispose de capacités de désorbitation actives qui lui permettent de réduire son altitude et de quitter l’orbite une fois la mission terminée. De plus, le satellite est équipé d’un voile de freinage développé par la société allemande HPS. Cette technologie permet d’éviter que le satellite ne devienne un débris spatial et ne constitue une menace pour d’autres engins spatiaux, conformément à la stratégie de l’EPFL visant à promouvoir la durabilité de l’espace.

Un avenir riche en lancements

«Ce projet marque une étape importante pour notre association et l’EPFL», explique Aziz Belkhiria, président de l’EPFL Spacecraft Team.

L’EPFL Spacecraft Team espère mener un projet similaire à Bunny chaque année, afin que tous les étudiants et étudiantes fassent l’expérience de ce processus de développement et de qualification d’un objet pour l’espace au niveau d’un sous-système dans un délai d’un an.

«Nous avons maintenant pour objectif de réaliser plusieurs démonstrations en orbite de nos composants et de constituer un patrimoine de vol avant le lancement final de CHESS», poursuit Aziz Belkhiria.

La mission CHESS, prévue pour 2026, transportera à bord de ses deux CubeSats (qui sont chacun trois fois plus grand que le SwissCube) des instruments scientifiques pour la recherche. Grâce au lancement régulier de leur technologie sur des charges utiles embarquées, le projet final des étudiantes et étudiants est moins risqué. Lorsque la mission CHESS sera lancée, elle le sera avec des composants testés en vol. Ce point est primordial car ce seront des charges utiles scientifiques de plus de 2 millions de francs suisses qui seront transportées.

«Il semble logique que nous tirions parti de l’expérience acquise avec le SwissCube créé il y a plus de 10 ans, en affirmant qu’en tant qu’équipe d’étudiantes et d’étudiants, nous voulons démontrer que nous pouvons aller plus loin dans la complexité», conclut Robin Bonny