CubeSat

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ESTCube-1, un CubeSat estonien.
Structure d'un CubeSat.
Caméra embarquée à bord du CubSat estonien ESTCube-1.
Déploiement de CubeSat depuis la Station spatiale internationale.

CubeSat désigne un format de nano-satellite défini en 1999 par l'Université polytechnique de Californie et l'université Stanford (États-Unis) pour réduire les coûts de lancement des très petits satellites et ainsi permettre aux universités de développer et de placer en orbite leurs propres engins spatiaux. Le projet CubeSat assure la diffusion du standard et contribue à garantir l’innocuité des satellites pour la charge utile principale des lanceurs qui les mettent en orbite. Environ 200 satellites de ce format, dont la masse peut aller de 1 à 10 kg, ont été développés depuis 2003 à des fins de recherche ou dans le cadre de travaux universitaires (chiffre 2014).

Caractéristiques techniques[modifier | modifier le code]

Les satellites les plus simples répondant à ce standard ont la forme d'un cube d'un décimètre de côté (volume de précisément 1 litre), doivent peser moins d'1,33 kg et utilisent des composants électroniques banalisés. Les dimensions retenues étaient considérées par ses concepteurs comme la taille minimum pour obtenir un satellite opérationnel. La forme cubique permet au satellite, dont l'orientation n'est généralement pas contrôlée, de disposer, quelle que soit celle-ci, d'énergie électrique si toutes les faces sont couvertes de cellules solaires. En définissant une norme pour les picosatellites (satellites de 1 kg à 10 kg), le CubeSat devait permettre aux universités du monde entier de lancer dans l'espace des expériences scientifiques à un coût réduit en fixant les caractéristiques externes de ces engins spatiaux et facilitant ainsi leur installation sur les lanceurs. Dans le même objectif un système de déploiement, mis au point et construit par l'Université polytechnique de Californie, est systématiquement utilisé : le P-POD (Poly Picosatellite Orbital Deployer) sert d'interface entre le lanceur et les CubeSat et peut contenir trois CubeSats. Le lanceur envoie un signal électrique au P-POD qui déclenche l'ouverture de la porte et l'éjection à l'aide d'un ressort des CubeSats[1]

Les satellites peuvent être constitués de l'assemblage de plusieurs CubeSat : par convention le CubeSat de base est désigné par l'abréviation 1U (One Unit). On trouve également des 2U (2 1U mis bout à bout), 3U (masse < 4 kg), 1,5 U et des 6U. Les caractéristiques des CubeSat sont encadrés par un cahier des charges (CubeSat Design Specification CDS) qui limite par exemple la pression de tout composant interne à 1,2 atmosphères, impose des contrôles très restrictifs sur l'emport de produits dangereux (comme les ergols hypergoliques utilisés généralement pour la propulsion) et limite l'énergie chimique stockée (batterie) à 100 Watts-heures[1]. L'objectif de ces contraintes est de supprimer toute source de risque pour la charge utile principale emportée par le lanceur chargé de placer en orbite le NanoSat[2].

Coût et lancement[modifier | modifier le code]

Plus de 200 satellites de ce type ont été lancés ou sont en développement. Le coût de fabrication et de lancement d'un satellite CubeSat 1U est d'environ 150 000 US $. De nombreux opérateurs de lanceurs acceptent de mettre en orbite des CubeSat en tant que charge utile secondaire. Les lancements de grappes de CubeSat sont la norme. En novembre 2014, une fusée russe Dnepr a ainsi placé en orbite une trentaine de CubeSats[3]. En 2014 une trentaine de CubeSats doivent également être déployés en orbite depuis la Station spatiale internationale.

Spécifications détaillées (extrait)[modifier | modifier le code]

Le cahier des charges mis à jour régulièrement par les créateurs du standard définit très précisément les caractéristiques externes, certaines caractéristiques internes pour des raisons de sécurité et les tests que les développeurs doivent satisfaire avant le lancement[4] :

  • Le cahier des charges définit les dimensions externes, les limites dans lesquels doivent s'inscrire le centre de gravité du satellite, la masse, les caractéristiques des rails qui coulissent dans le système d'éjection.
  • Les dispositifs pyrotechniques sont interdits
  • Aucun composant ne doit être libéré dans l'espace
  • Les composants sous pression ne doivent pas dépasser une pression interne de 1,2 atmosphères et le facteur de sécurité doit être de 4
  • L'énergie chimique stockée (batterie) doit être inférieure à 100 Watts-heures
  • La mise en œuvre du système de propulsion doit nécessiter de désactiver trois sécurités
  • Le dégazage doit induire une perte de masse inférieure à 1%
  • Le système de propulsion et les produits dangereux stockés doivent se conformer aux normes de sécurité définies dans AFSPC (norme de l'Armée de l'Air américaine).
  • Le système fournissant l'énergie doit être désactivé jusqu'à son éjection pour empêcher la mise en route du satellite. Trois interrupteurs distincts doivent prévenir toute mise en marche intempestive
  • Les éléments déployables ne doivent l'être que 30 minutes après l'éjection
  • Aucun signal radio ne doit être généré tant qu'il ne s'est pas écoulé au moins 45 minutes depuis l'éjection en orbite
  • Une liste des tests à réaliser est indiquée et des normes à respecter dans le domaine. L'opérateur du lanceur a toute latitude pour fixer d'autres exigences de test.
  • etc...

Historique[modifier | modifier le code]

Le projet Cubsat résulte de la collaboration entre le Professeur Jordi Puig-Suari de l'Université polytechnique de Californie à San Luis Obispo et le professeur Bob Twiggs du Laboratoire de développement des systèmes de l'université Stanford (États-Unis). Le but initial du projet était de permettre à leurs étudiants de développer des satellites aux capacités identiques aux premiers Spoutnik qu'ils seraient capables de piloter. La norme mise au point en 1999 est adoptée par les autres universités, sociétés et agences gouvernementales et devient un standard pour les picosatellites (1 à 10 kg). Le premier CubeSat est lancé le 30 juin 2003 par une fusée russe Rockot. Le projet CubeSat met aujourd'hui en relation une centaine d'universités et de sociétés privées pour le développement de picosatellites à vocation scientifique, technologique ou pour répondre à des besoins privés ou gouvernementaux. L'Université polytechnique de Californie a la responsabilité du système de déploiement P-POD et de s'assurer que les CubeSats développés ne peuvent pas constituer un risque pour le lanceur et le reste de sa charge utile[5].

Galerie[modifier | modifier le code]

Notes et références[modifier | modifier le code]

Bibliographie[modifier | modifier le code]

  • (en) Arash Mehrparvar, CubeSat Design Specification rev 13,‎ 2014, 22 p. (lire en ligne)
    Spécifications CubeSat de 20149 (version 13
  • (en) Centre de recherche Ames de la NASA, Small Spacecraft Technology State of the Art, NASA,‎ juillet 2014, 211 p. (lire en ligne)
    État de l'art des technologies utilisées sur les micro-satellites en 2014 (moins de 150 kg à sec) ; référence : NASA/TP–2014–216648/REV1

Voir aussi[modifier | modifier le code]

Articles connexes[modifier | modifier le code]

Liens externes[modifier | modifier le code]

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