La plupart des CubeSats pèsent moins qu’une boule de bowling, et certains sont assez petits pour tenir dans la main. Mais l’impact de ces instruments sur l’exploration spatiale est gigantesque. Les CubeSats – des satellites miniatures, agiles et bon marché – révolutionnent la manière dont les scientifiques étudient le cosmos.
Un CubeSat de taille standard est minuscule, environ 2 kilogrammes. Certains sont plus grands, peut-être quatre fois la taille standard, mais d’autres ne pèsent pas plus d’un kilo.
En tant que professeur d’ingénierie électrique et informatique travaillant sur les nouvelles technologies spatiales, je peux vous dire que les CubeSats sont un moyen plus simple et beaucoup moins coûteux d’atteindre d’autres mondes.
Plutôt que de transporter de nombreux instruments aux objectifs très variés, ces satellites de taille lilliputienne se concentrent généralement sur un objectif scientifique unique et spécifique, qu’il s’agisse de découvrir des exoplanètes ou de mesurer la taille d’un astéroïde. Ils sont abordables pour l’ensemble de la communauté spatiale, même pour les petites start-ups, les entreprises privées et les laboratoires universitaires.
Des satellites minuscules, de grands avantages
Les avantages des CubeSats par rapport aux satellites plus grands sont considérables. Les CubeSats sont moins chers à développer et à tester. Les économies de temps et d’argent se traduisent par des missions plus fréquentes et plus diversifiées, avec moins de risques. Cela suffit à accélérer le rythme des découvertes et de l’exploration de l’espace.
Les CubeSats ne voyagent pas par leurs propres moyens. Ils font partie de la charge utile d’un vaisseau spatial plus grand. Placés dans des conteneurs, ils sont éjectés dans l’espace par un mécanisme à ressort fixé à leur distributeur. Une fois dans l’espace, ils sont mis sous tension. Les CubeSats terminent généralement leur mission en brûlant lorsqu’ils pénètrent dans l’atmosphère, après que leur orbite se soit lentement dégradée.
Exemple concret : Une équipe d’étudiants de l’université de Brown a construit un CubeSat en moins de 18 mois pour moins de 10 000 dollars. Le satellite, de la taille d’une miche de pain et conçu pour étudier le problème croissant des débris spatiaux, a été déployé par une fusée SpaceX en mai 2022.
Taille réduite, objectif unique
L’envoi d’un satellite dans l’espace n’a rien de nouveau, bien sûr. L’Union soviétique a lancé Spoutnik 1 en orbite terrestre en 1957. Aujourd’hui, il y a environ 10 000 satellites actifs dans l’espace, et presque tous sont utilisés pour les communications, la navigation, la défense militaire, le développement technologique ou l’étude de la Terre. Seuls quelques-uns – moins de 3 % – explorent l’espace.
La situation est en train de changer. Les satellites, petits et grands, deviennent rapidement l’épine dorsale de la recherche spatiale. Ces engins spatiaux peuvent désormais parcourir de longues distances pour étudier les planètes et les étoiles, des endroits où les explorations humaines ou les atterrissages de robots sont coûteux, risqués ou tout simplement impossibles avec la technologie actuelle.
Mais le coût de construction et de lancement des satellites traditionnels est considérable. L’orbiteur de reconnaissance lunaire de la NASA, lancé en 2009, a à peu près la taille d’un monospace et a coûté près de 600 millions de dollars. L’orbiteur de reconnaissance de Mars, dont l’envergure équivaut à celle d’un bus scolaire, a coûté plus de 700 millions de dollars. L’orbiteur solaire de l’Agence spatiale européenne, une sonde de 1 800 kilogrammes conçue pour étudier le Soleil, a coûté 1,5 milliard de dollars. Quant à l’Europa Clipper, de la longueur d’un terrain de basket, dont le lancement est prévu en octobre 2024 vers la lune de Jupiter, Europa, il coûtera en fin de compte 5 milliards de dollars.
Ces satellites, relativement grands et étonnamment complexes, sont vulnérables aux défaillances potentielles, ce qui n’est pas rare. En un clin d’œil, des années de travail et des centaines de millions de dollars peuvent être perdus dans l’espace.
Explorer la Lune, Mars et la Voie lactée
Grâce à leur petite taille, les CubeSats peuvent être lancés en grand nombre en une seule fois, ce qui réduit encore les coûts. Leur déploiement en lots – appelés constellations – permet à plusieurs appareils d’observer les mêmes phénomènes.
Par exemple, dans le cadre de la mission Artemis I en novembre 2022, la NASA a lancé 10 CubeSats. Ces satellites tentent actuellement de détecter et de cartographier l’eau sur la Lune. Ces résultats sont cruciaux, non seulement pour les prochaines missions Artemis, mais aussi pour la recherche d’une présence humaine permanente sur la surface lunaire. Les CubeSats ont coûté 13 millions de dollars.
Les CubeSats MarCO – deux d’entre eux – ont accompagné l’atterrisseur Insight de la NASA sur Mars en 2018. Ils ont servi de relais de communication en temps réel vers la Terre pendant l’entrée, la descente et l’atterrissage d’Insight sur la surface martienne. En prime, ils ont capturé des images de la planète avec des caméras grand angle. Ils ont coûté environ 20 millions de dollars.
Les CubeSats ont également étudié des étoiles proches et des exoplanètes, qui sont des mondes situés en dehors du système solaire. En 2017, le Jet Propulsion Laboratory de la NASA a déployé ASTERIA, un CubeSat qui a observé 55 Cancri e, également connue sous le nom de Janssen, une exoplanète huit fois plus grande que la Terre, en orbite autour d’une étoile située à 41 années-lumière de nous. En confirmant l’existence de cette planète lointaine, ASTERIA est devenu le plus petit instrument spatial ayant jamais détecté une exoplanète.
Deux autres missions spatiales CubeSat notables sont en cours : HERA, dont le lancement est prévu en octobre 2024, déploiera les premiers CubeSats de l’Agence spatiale européenne pour visiter le système d’astéroïdes Didymos, qui orbite entre Mars et Jupiter dans la ceinture d’astéroïdes.
Le satellite M-Argo, dont le lancement est prévu en 2025, étudiera la forme, la masse et les minéraux de surface d’un astéroïde dont le nom sera bientôt dévoilé. De la taille d’une valise, M-Argo sera le plus petit CubeSat à effectuer une mission indépendante dans l’espace interplanétaire.
Les progrès rapides et les investissements substantiels déjà réalisés dans les missions CubeSat pourraient contribuer à faire de l’homme une espèce multiplanétaire. Mais ce voyage sera long et dépendra de la prochaine génération de scientifiques pour réaliser ce rêve.
Mustafa Aksoy, Assistant Professor of Electrical & Computer Engineering, University at Albany, State University of New York
Cet article est republié à partir de The Conversation sous une licence Creative Commons. Lire l’ article original.
Légende illustration : Joel Steinkraus, ingénieur mécanique principal MarCO du JPL, effectue un ajustement sur le CubeSat avant son intégration dans une boîte de déploiement, comme on peut le voir à l’intérieur du laboratoire de salle blanche à Cal Poly San Luis Obispo, le lundi 12 mars 2018.
