Voir la source de PROBA-3

{{Infobox Engin spatial
| nom=PROBA-3<br><small>''[[Satellite artificiel|satellite expérimental]]''</small>

<!--image of the spacecraft/mission-->
| image                 =
| légende               = Une vue d'artiste de PROBA-3<!--image caption-->

<!--Basic details-->
| domaine               = Technologie de vol en formation<br>Observation de la [[couronne solaire]]
| organisation          = {{Drapeau|EUR}}[[Agence spatiale européenne]] 
| site                  = {{url|http://www.esa.int/Our_Activities/Space_Engineering_Technology/Proba_Missions/About_Proba-3|lien du site}}
| durée                 = 2 ans (nominal)
| statut                = en développement
| programme             = [[PROBA-1|serie PROBA]]

<!--Propriétés-->
| constructeur          = satellites : [[SENER]] / [[QinetiQ]] / [[EADS CASA]] / [[GMV_(entreprise)|GMV]] / [[SPACEBEL]]<br/> ASPIICS: [[Centre spatial de Liège|CSL]]
| masse                 = '''CSC et OSC couplés''' : 550 kg
| dimensions            = '''CSC''' : 1.1 x 1.8 x 1.7 m <br /> '''OSC''' : 0.9 x 1.4 m
| puissance_électrique  = <!--end-of-life power, in watts-->


<!--Launch details-->
| lancement          = 2023 par [[Arianespace]] (prévu)<ref name="About Proba-3"/>
| lanceur            = [[Polar Satellite Launch Vehicle|PSLV-XL]]<ref>{{lien web|nom=Arlanzón |prénom=Jesualdo |url=https://ttu-ir.tdl.org/bitstream/handle/2346/86351/ICES-2020-188.pdf?sequence=1 |titre=PROBA 3 thermal analysis and design |date=2020 |consulté le=10 Novembre 2021}}</ref>
| base lancement     = [[Centre spatial guyanais|Kourou]] [[ELA-1|ELV]]

<!--orbit parameters-->
| titre_orbite          = [[Orbite terrestre haute]]
| demi-grand axe        = 36943 km
| excentricité          = 0,8111
| périgée            = 600 km
| apogée            = 60530 km
| inclinaison           = 59°
| période               = 19,7 heures
| instrument1_nom       = ASPIICS
| instrument1_type      = [[Coronographe]] externe
| instrument2_nom       = DARA
| instrument2_type      = [[Radiomètre]]
}}

'''PROBA-3''' (''PRoject for On-Board Autonomy'') est la troisième mission à faible coût de l’[[Agence spatiale européenne]] de la série des PROBA destinés à la mise au point de nouvelles technologies spatiales. La mission, qui comprend deux [[Miniaturisation des satellites|mini-satellites]], doit valider différents aspects des vols en formation de satellites : les techniques de déplacement et de mesure de distance, les stratégies de guidage ainsi que les [[algorithme]]s de contrôle et de navigation. L'objectif est de préparer de futures missions spatiales d'[[astronomie]], scientifiques et d'observation de la Terre susceptibles de mettre en œuvre des [[Constellation de satellites|constellations de satellites]]. La mission emporte par ailleurs un [[coronographe]] dont le masque et l'objectif sont situés  entre les deux satellites qui devrait fournir de nouvelles données sur la [[couronne solaire]] grâce à cette configuration. La mission doit être lancée en septembre 2024.

== Historique du projet ==
Les premières études (phase A) au sein de l'Agence spatiale européenne portant sur le développement d'une mission expérimentale destinée à mettre au point le vol de formation de très haute précision débutent en 2005 au sein du [[CDF]]. La revue préliminaire de conception a lieu fin 2012 et le projet est entré dans une phase de spécifications détaillées (phase C/D/E1) en juillet 2014<ref name="proba-3 mission">{{lien web|langue=en| url=https://www.esa.int/Enabling_Support/Space_Engineering_Technology/Proba_Missions/Proba-3_Mission3 |titre=Proba-3 Mission |site=[[Agence spatiale européenne|ESA]] |consulté le=6 mars 2021}}</ref>. La [[revue de projet]] s'est terminée en 2018.

Deux missions spatiales européennes ont jusque là effectué des démonstrations de vol en formation. D'une part la mission [[TanDEM-X]] de l'agence spatiale allemande DLR comprenait deux gros satellites d'observation de la Terre (1350 kg) emportant un radar et capables de maintenir une formation avec une distance relative de 250 à 500 mètres avec une précision de 10 mètres en utilisant un système de navigation reposant sur le GPS. D'autre part la mission suédoise [[PRISMA]] comprenant deux petits satellites (95 et 50 kg) capables de se maintenir à une distance relative de 2 mètres avec une précision de l'ordre du décimètre en utilisant à la fois des systèmes de navigation optique et radio. La mission développée par l'agence spatiale européenne vise à un degré de précision de l'ordre du millimètre<ref name="EOPortal" />.

== Concept de la mission ==
'''Proba-3''' se compose de deux engins spatiaux indépendants, stabilisés sur trois axes : le '''Coronagraph Spacecraft (CSC)''' et le '''Occulter Spacecraft (OSC)'''.
Les deux engins spatiaux voleront l'un près de l'autre sur une orbite hautement elliptique autour de la Terre, avec un apogée à 60500 km d'altitude<ref name="proba-3 mission"/>{{,}}<ref name="proba-3 platforms">{{lien web|url=https://www.esa.int/Enabling_Support/Space_Engineering_Technology/Proba_Missions/Proba-3_Platforms |titre=Proba-3 Platforms |site=[[Agence spatiale européenne|ESA]] |consulté le=6 mars 2021}}</ref>{{,}}<ref name="small satellite conf">{{lien conférence|nom=Penin |prénom=Luis |url=https://digitalcommons.usu.edu/smallsat/2020/all2020/105/ |titre=Proba-3 : ESA's Small Satellites Precise Formation Flying Mission to Study the Sun's Inner Corona as Never Before |lieu=Utah State University, Logan, UT |conférence=Small Satellite Conference 2020 |éditeur=SmallSat |date=1-6 August 2020}}</ref>.

Le long de l'arc d'apogée, lorsque le gradient de gravité est nettement plus faible, les deux engins spatiaux acquièrent de manière autonome une configuration de formation, de sorte que le CSC reste à une position fixe dans l'ombre projetée par l'OSC. Le CSC abrite un [[coronographe]] qui pourra alors observer la [[couronne solaire]] sans être aveuglé par la lumière intense de la [[photosphère]].
Compte tenu du diamètre du disque occulteur de l'OSC et des régions d'observation de la couronne prévues, le CSC doit se trouver à environ 150 mètres de l'OSC, et maintenir cette position avec une précision millimétrique, tant longitudinalement que latéralement. L'objectif scientifique est d'observer la couronne jusqu'à environ 1,1 rayon solaire dans le domaine des longueurs d'onde visibles.

Outre le vol en formation pour la coronographie, certaines manœuvres de démonstration de vol en formation (manœuvres de reciblage et de redimensionnement) seront tentées pendant la phase d'apogée de l'orbite, ainsi qu'une expérience de [[rendez-vous spatial]]<ref name="small satellite conf"/>.

L'acquisition et le contrôle de la formation sont réalisés à bord grâce à un ensemble d'équipements de [[métrologie]] et d'actionneurs. L'équipement de métrologie comprend un système à base de laser fournissant une estimation de la position relative de haute précision, un capteur à base visuelle avec une précision plus grossière mais un champ de vision plus large, et un capteur de position d'ombre fournissant la précision la plus fine lorsque le CSC est à proximité de la position cible dans le cône d'ombre.

Après l'arc d'apogée, la formation est brisée par des manœuvres exécutées par les satellites. Les 2 satellites sont placés sur une trajectoire relative qui assure l'absence de risque de collision lors du passage au périgée, lorsque l'altitude du vaisseau spatial descend à 600 km, sans besoin de corrections.
Le long de la phase de périgée de l'orbite, les 2 satellites acquièrent des données GNSS pour en déduire une estimation précise de leur position et vitesse relative qui se propage pendant quelques heures jusqu'à la réacquisition de la métrologie avant le prochain arc d'apogée.

Le CSC et l'OSC échangent des données de capteurs et des commandes par le biais d'une liaison intersatellite [[radiofréquence]] afin de coordonner leurs activités.

== Conception ==
=== Satellites CSC et OSC ===
Le CSC est un mini-satellite de 300 kg, hébergeant le coronographe ASPIICS et les capteurs de position d'ombre. Il est équipé d'un système de [[Propulsion spatiale|propulsion mono-propulseur]] pour effectuer les grandes manœuvres de [[Delta-v|delta-V]] nécessaires à l'acquisition et à la rupture des formations. Il héberge également les cibles utilisées par les têtes optiques de métrologie à bord de l'OSC.

L'OSC est un mini-satellite de 250 kg qui héberge les têtes optiques de métrologie laser et visuelle. Il comporte un disque occulteur de 1,4 mètre de diamètre. La forme de son rebord est destinée à réduire la quantité de lumière diffractée par le Soleil qui pénètre dans le coronographe.
L'OSC utilise un système de [[propulsion à gaz froid]] à faible poussée qui permet un contrôle fin de la position nécessaire au vol en formation.

=== Charges utiles scientifiques ===
La [[charge utile (astronautique)|charge utile]] scientifique principale de PROBA-3 est appelée '''ASPIICS''' (''Association of Spacecraft for Polarimetric and Imaging Investigation of the Corona of the Sun''). Il s'agit d'un [[coronographe]] utilisé pour observer la [[couronne solaire]], partie de l'atmosphère du Soleil située au-delà de la [[chromosphère]]  qui s'étend sur plusieurs millions de kilomètres en se diluant dans l'espace. Il suit le concept d'un coronographe Lyot classique à occulteur externe, l'occulteur externe étant physiquement fixé à l'OSC tandis que le reste de l'instrument se trouve sur le CSC<ref name="ASPIICS">{{lien conférence|nom=Galano |prénom=Damien |url=https://www.spiedigitallibrary.org/conference-proceedings-of-spie/10698/106982Y/Development-of-ASPIICS--a-coronagraph-based-on-Proba-3/10.1117/12.2312493.short |titre=Development of ASPIICS : a coronagraph based on Proba-3 formation flying mission |lieu=Austin, Texas, United States |conférence=SPIE Astronomical Telescopes + Instrumentation, 2018 |éditeur=Proceedings of the SPIE. |date=6 juillet 2018 |doi=10.1117/12.2312493}}</ref>.

La couronne solaire, qui est un million de fois moins brillante que le Soleil, ne peut être observée qu'en masquant ce dernier. Plusieurs missions spatiales telles que [[Observatoire solaire et héliosphérique|SoHO]] ont déjà mis en œuvre un coronographe. Mais la technique utilisée jusque là, du fait de la proximité entre le masque et l'objectif, générait des phénomènes de [[diffraction]] qui ne permettent pas d'observer la partie de la couronne solaire la plus proche de la surface du Soleil. L'instrument de PROBA-3 utilise un masque situé à plus de 100 mètres de l'objectif qui supprime ce phénomène. Cette technique avait déjà été utilisée brièvement durant la [[Apollo-Soyouz|mission Apollo Soyouz]] de 1975 : le vaisseau Apollo était utilisé pour bloquer la lumière du Soleil arrivant sur le vaisseau Soyouz situé à proximité.

ASPIICS observera la [[couronne solaire]] à travers une optique réfractive, capable de sélectionner 3 bandes spectrales différentes : La raie Fe XIV @ 530.4 nm, la raie He I D3 @587.7 nm, et la [[bande spectrale]] de la lumière blanche [540;570 nm]<ref>{{article|nom1=Galy |prénom1=C. |nom2=Thizy |prénom2=C. |nom3=Stockman |prénom3=Y. |nom4=Galano |prénom4=D. |nom5=Rougeot |prénom5=R. |nom6=Melich |prénom6=R. |nom7=Shestov |première7=S. |nom8=Landini |prénom8=F. |nom9=Zukhov |prénom9=A. |nom10=Kirschner |prénom10=V. |nom11=Horodyska |prénom11=P. |nom12=Fineschi |prénom12=S. |url=https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2019SPIE11180E..2HG/abstract |titre=Analyse de la lumière parasite sur ASPIICS, coronographe PROBA-3 |journal=Proceedings of SPIE |volume=11180 |numéro=111802H |page=29 |date=6 juillet 2019 |consulté le=6 mars 2021 |doi=10.1117/12.2536008 |bibcode=2019SPIE11180E..2HG|accès doi=libre }}</ref>.

On s'attend à ce que les données d'ASPIICS comblent le vide en termes de champ de vision entre les imageurs [[Rayonnement ultraviolet extrême|EUV]] et les coronographes à occulteur externe, alors que ces derniers sont des instruments d'un bloc qui ne bénéficient pas d'une distance entre objectif et occulteur aussi grande que celle permise par le vol en formation<ref name="MetisWorkshop">{{lien conférence|nom=Zhukov |prénom=Andrei |url=https://www2.mps.mpg.de/homes/teriaca/downloads2/MetisWS6/presentations/16-Zhukov_PROBA-3_MetisWS6_20181122.pdf |titre=PROBA-3/ASPIICS and its potential synergies with Solar Orbiter/Metis |lieu=[[Göttingen]] |conférence=6th Metis Workshop |éditeur=[[Institut Max-Planck de recherche sur le système solaire|Max Planck Institute for Solar System Research]]. |date=22 novembre 2018 |consulté le=13 octobre 2019}}</ref>.

Une charge utile scientifique secondaire (DARA) est hébergée sur l'OSC. DARA est l'abréviation de ''Davos Absolute Radiometer'' et est un radiomètre absolu pour mesurer l'[[Irradiation solaire|Irradiance solaire totale]]<ref>{{lien web|url=https://www.cosmos.esa.int/web/proba-3/dara-description |titre=DARA Description |site=[[Agence spatiale européenne|ESA]] |consulté le=6 mars 2021}}</ref>.

=== Segment sol et opérations ===
Comme les autres satellites Proba, PROBA-3 sera exploité depuis Redu, le centre de l'ESA en Belgique<ref name="About Proba-3"> {{lien web|url=https://www.esa.int/Enabling_Support/Space_Engineering_Technology/Proba_Missions/About_Proba-3 |titre=About Proba-3 |site=[[Agence spatiale européenne|ESA]] |consulté le=6 mars 2021}}</ref>.

== Développement du projet ==
Proba-3 est un projet géré par l'[[Agence spatiale européenne]]. Le développement industriel des satellites et du segment sol est mené par [[SENER|SENER Aerospace]]<ref>{{lien web|url=https://www.group.sener/press-releases/sener-and-esa-reach-an-agreement-for-the-prime-contractor-role-on-phasesand-e1-of-the-proba-3-mission |titre=SENER and ESA reach an agreement for the prime contractor role on phases C/D and E1 of the Proba 3 mission |site=[[SENER]]. |date=14 juin 2014 |consulté le=6 mars 2021}}</ref>{{,}}<ref name="nearer to space">{{lien web|url=https://www.esa.int/Enabling_Support/Space_Engineering_Technology/Proba_Missions/Proba-3_double-satellite_nearer_to_space |titre=Le double-satellite Proba-3 plus proche de l'espace |site=[[Agence spatiale européenne|ESA]] |date=8 décembre 2014 |consulté le=6 mars 2021}}</ref> qui coordonne les travaux d'une équipe centrale avec [[Airbus Defence and Space]], [[Qinetiq|Qinetiq Space]], [[GMV]] et [[Spacebel]].

Le [[coronographe]] est développé pour l'ESA par un consortium dirigé par le [[Centre spatial de Liège| Centre spatial de Liège (CSL)]] en Belgique, composé de 15 entreprises et instituts de cinq États membres de l'ESA<ref name="nearer to space"/>{{,}}<ref>{{lien web|url=http://www.esa.int/About_Us/ESA_Publications/ESA_Publications_Bulletin/ESA_Bulletin_160_Nov_2014|titre=ESA Bulletin 160 (November 2014)|format=PDF|page=61|issn=0376-4265|éditeur=[[Agence spatiale européenne|ESA]]|date=Novembre 2014}}</ref>.

Le DARA est fourni par [[Institut suisse de recherche sur le climat et la médecine de haute montagne|l'institut PMOD]] en Suisse<ref name="MetisWorkshop"/>.

Les tests du système de capteurs basés sur la vision de la mission ont été effectués au centre technique ESTEC de l'ESA, aux [[Pays-Bas]], en mars 2021. Le système permettra aux deux engins spatiaux de voler en formation précise. Les essais ont donné des résultats prometteurs<ref name="ESA utilize longest corridor to test next-gen satellite technology">{{lien web |langue=en |nom=Parsonson |prénom=Andrew |url=https://rocketrundown.com/esa-utilize-longest-corridor-to-test-next-gen-satellite-technology/ |titre=ESA utilize longest corridor to test next-gen satellite technology |site=Rocket Rundown |date=29 mars 2021 |consulté le=1 avril 2021}}</ref>

== Objectifs techniques ==

Les objectifs principaux de la mission sont de mettre au point différentes techniques permettant le vol en formation de haute précision d'une [[constellation de satellites]]. Les composants qui doivent être mis au point sont principalement<ref name=EOPortal>{{lien web|langue=en|titre=Proba-3|url=https://eoportal.org/web/eoportal/satellite-missions/p/proba-3|éditeur=Agence spatiale européenne|site=EO Portal|consulté le=30/8/2021}}</ref>. : 
* les algorithmes de contrôle du vol en formation
* les techniques de mesure
* les techniques de vol autonome robustes.

== Déroulement de la mission ==
Les satellites initialement solidaires doivent atteindre leur orbite finale en effectuant plusieurs manœuvres après avoir été placés en orbite par leur lanceur. Ils atteignent leur orbite opérationnelle qui est une [[Orbite haute|orbite elliptique haute]] de {{unité|60530|km}} d'[[apogée]] et de {{Unité|600|km}} de [[périgée]] avec une [[inclinaison orbitale]] de 59°. Les deux satellites sont alors séparés et se mettent dans une configuration en tandem. L'objectif de la mission est de maintenir une distance de 144 mètres quasi invariante durant des périodes de 6 heures ou plus : l'écart doit être inférieur à quelques millimètres et quelques [[secondes d'arc]]. Après lancement, une période de mise en route de trois mois doit permettre de vérifier le fonctionnement des systèmes en particulier celui du système anti-collision (''{{lang|en|texte=Collision Avoidance Manoeuvre}}'' CAM) qui intervient si les satellites se rapprochent trop dangereusement. Une fois déclarés opérationnels, les deux satellites enchainent des manœuvres de vol en formation et des séances d'observation du Soleil avec le coronographe. Les données fournies par le coronographe sont stockées dans la mémoire de 16 [[gigabit]]s jusqu'à ce que celle-ci soit pleine, puis sont transmises à la [[station de Redu]] en [[Belgique]]<ref>{{lien web|langue=en|url=http://www.esa.int/SPECIALS/Proba/SEMOER4PVFG_0.html|titre=Proba missions -  PROBA-3-Mission|éditeur=Agence spatiale européenne|consulté le=14/2/2012}}</ref>.

== Notes et références ==
{{Références}}

=== Bibliographie ===
*{{lien web|langue=en|titre=Proba-3|url=https://eoportal.org/web/eoportal/satellite-missions/p/proba-3|éditeur=Agence spatiale européenne|site=EO Portal }}{{Commentaire biblio SRL|Synthèse de la mission de sa conception à son déroulement.}}
*{{lien conférence |langue = en|url=http://www.brera.inaf.it/Swift10/Talks/Gehrels.pdf |titre=Proba-3: ESA’s small satellites precise formation flying mission to study the Sun’s inner corona as never before    |nom1= Luis F. Peñin |nom2=Yann Scoarnec  |nom3= , J.M. Fernández-Ibarz |nom4=Carolina Cazorla  |nom5=José Ramón Villa  |nom6=Ronald Kassel   |nom7=Francisco Javier Benito|nom8=Dominique Baudoux 
|etall=oui  |date=aout 2020 |conférence= 34th Annual Small Satellite Conference |lien conférence=  |lieu=Virtuel|éditeur=x|volume= | édition =  | titre livre = | pages =1-9| format =pdf |doi= 10.1117/12.2055947 |bibcode=| id =Penin2020 |consulté le= }}{{Commentaire biblio SRL|Conférence récente (2020) sur la mission.}}
*{{lien conférence | langue = en|url= https://www.researchgate.net/profile/Alessandro-Bemporad/publication/289937866_ASPIICS_an_externally_occulted_coronagraph_for_PROBA-3_Design_evolution/links/57a9d2e108ae3765c3b46d84/ASPIICS-an-externally-occulted-coronagraph-for-PROBA-3-Design-evolution.pdf| nom1= Etienne Renotte | nom2= Elena Carmen Baston| nom3=Alessandro Bemporad| nom4=Gerardo Capobianco   |et al.=oui|date=aout 2014 | titre =ASPIICS: an externally occulted coronagraph for PROBA-3: Design evolution|conférence=SPIE Astronomical Telescopes + Instrumentation|lien conférence=  |lieu=Montréal, Canada|éditeur=Proc. of SPIE|volume=9143 91432M-1
| édition =  | titre livre = | pages =1-16| format =pdf |doi= 10.1117/12.2055947 |bibcode=| id =Renotte2014|consulté le= }}{{Commentaire biblio SRL|Caractéristiques de l'instrument ASPIICS.}}

== Voir aussi ==
=== Articles connexes ===
* [[Couronne solaire]] 
* [[Constellation de satellites]]
* [[TanDEM-X]] Mission spatiale allemande ayant testé le vol en formation
* [[PRISMA]] Mission spatiale suédoise ayant testé le vol en formation
* [[PROBA-1]]
* [[PROBA-2]]
* [[PROBA-V]]

=== Liens externes ===
* {{en}} [https://www.esa.int/Enabling_Support/Space_Engineering_Technology/Proba_Missions/Proba-3_Mission3 Page de l'Agence spatiale européenne consacrée à PROBA-3]
* {{en}} [https://eoportal.org/web/eoportal/satellite-missions/p/proba-3 Page consacrée à la mission Proba-3 sur le site EO Portal de l'Agence spatiale européenne.]

{{Palette|Agence spatiale européenne}}
{{portail|astronautique|astronomie}}

[[Catégorie:Programme de recherche technologique de l'Agence spatiale européenne]]
[[Catégorie:Satellite expérimental]]
[[Catégorie:Programme spatial belge]]
[[Catégorie:Observatoire spatial solaire]]
[[Catégorie:Satellite de l'Agence spatiale européenne]]