Nano mais de plus en plus costaud : le CubeSat fait sa révolution spatiale

Sciences

DÉCRYPTAGE - De la taille d'un gros rubik's cube, il tient dans la paume d'une main, ou presque. Son nom ? Le CubeSat, un type de nanosatellites créée en 1999 par deux universitaires californiens pour permettre au plus grand nombre de lancer ces engins dans l'espace. Demain, M. et Mme "Tout le monde" enverront-ils leur propre satellite en orbite ? Pas si sûr.

Imaginé à la fin du siècle dernier, ce n’est que vingt ans plus tard, à l’aune d’une mission inhabitée de la Nasa vers Mars, que le CubeSat a enfin connu son heure de gloire. Il y a un peu plus d'un an, MarCO A et MarCO B, deux mini satellites de la taille chacun d’une boîte à chaussures, ont navigué en direction de la planète rouge, suivant une route invisible de quelque 300 millions de kilomètres à travers le cosmos. Peu de temps après leur départ, les ingénieurs de l'Agence spatiale américaine les ont surnommés Wall-E et EVE, en référence aux robots du film d’animation des studios Pixar.

Aussi attachants et vulnérables que leurs homonymes, les deux satellites de poche avaient pour mission, une fois sur place, d’escorter la sonde spatiale InSight en servant de relais de communication avec la Terre lors de son atterrissage périlleux sur le sol martien le 26 novembre 2018. Petits, mais costauds. Jamais auparavant de si petits engins n’avaient parcouru une distance aussi grande dans l’espace. "Habituellement, les CubeSats ne quittent pas l'orbite terrestre", explique à LCI David Mimoun, enseignant-chercheur à l'Isae-SupAero, l’école toulousaine spécialisée dans le secteur aérospatial. Et pour cause, ces petits satellites, étiquetés lowcost, ne sont pas aussi performants que leurs homologues de plus grande taille.

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De quoi parle-t-on ?

Haut comme trois pommes, ou plutôt comme les un à douze cubes d'un décimètre de côté qui le composent, le CubeSat pèse moins de dix kilos tout mouillé et sa consommation électrique correspond à celle d'une ampoule basse consommation. "Sa forme cubique permet au satellite, dont l'orientation n'est généralement pas contrôlée, de disposer d'énergie électrique en continu car toutes les faces sont couvertes de cellules solaires", précise David Mimoun. En juillet dernier, dans le cadre d'un projet universitaire en partenariat avec le Centre national d'études spatiales (Cnes), l'enseignant-chercheur a participé au lancement d'EntrySat, un CubeSat dont la mission est d'étudier les débris spatiaux. 

Aujourd’hui, des mini satellites partent par dizaines dans des fusées-charters, pour un prix modique par rapport à un satellite conventionnel. "Etant donné qu’il n’y a pas de lanceur dédié, pour le moment, c’est un peu de l'auto-stop, relève auprès de LCI Christophe Bonnal, expert à la direction des lanceurs du Cnes. Ils montent à bord du lanceur qui veut bien les embarquer." Rien que l'an dernier, 250 nanosatellites ont ainsi été lancés. Et on en attend plus du double d'ici la fin de l'année. Car, même si nous sommes encore très loin du mythe de l'ingénieur bricolant son propre satellite dans son garage, grâce à la miniaturisation, envoyer un objet dans l'espace devient aujourd'hui abordable.

Ce graphique vous montre le nombre de lancement de nanosatellites depuis 1998 (en vert : ceux qui ont réussi ; en rouge : ceux qui ont échoué ;  en bleu : ceux dont les lancements sont programmés et en noir : les projections du site Nanosats.eu) 

C’est à la toute fin des années 1990, sur la côte ouest des Etats-Unis, que le concept de ce satellite de poche a vu le jour. Le professeur Jordi Puig-Suari, de l’Université polytechnique de Californie, et son collègue Bob Twiggs, de l’Université de Stanford, imaginent une technologie permettant de placer, à bas coût, un objet en orbite. "Le spatial, c’est un peu comme dans la haute couture, explique David Mimoun. Cela requiert des années et des années de recherches et développement, et donc une flopée d’ingénieurs, pour une production au final d'un ou deux modèles, tout au plus. Ce n’est pas comme pour un iPhone qui sera produit en série à des millions d’exemplaires." D'où l'idée révolutionnaire du CubeSat !

"Avec les CubeSats, l'approche est radicalement différente de celle d'un satellite conventionnel, reprend David Mimoun. Nous utilisons des composants sur étagère, que nous achetons sur Internet via des sites spécialisés.  C'est encore un peu le Far-West, alors mieux vaut s'y connaître avant de se lancer dans une telle aventure. Les logiciels marchent souvent très mal, ils sont truffés de bugs et la fiabilité des composants laisse aussi parfois à désirer", prévient l'ingénieur. Si les nanosatellites participent à la démocratisation de l'accès à l'espace, leurs applications restent néanmoins assez limitées :  relais de communication (MarCO), cartographie (Dove, Lumio), météorologie (IGOsat, X-CubeSat). "Le plus souvent, les CubeSats sont utilisés comme démonstrateur pour expérimenter des nouvelles technologies, à moindre coût", relate David Mimoun. 

Dans cette aventure cosmique, le lancement, ultime étape, reste encore aujourd'hui ce qui revient le plus cher. Pour contourner ce problème, certaines universités, en plus des aides, utilisent des plateformes comme Kickstarter pour financer le lancement de leur CubeSat. "Et de plus en plus d'entreprises du secteur spatial rentabilisent leur lancement en embarquant des CubeSats en plus de leur charge", note David Mimoun.

Sur le site de SpaceFlight, une société américaine fondée en 2010 (avec "Aller dans l’espace ne doit pas être compliqué" pour slogan), les tarifs sont même affichés en clair : il est possible d’acheter une place en fusée pour un mini satellite à partir de 270.000 euros. "En passant par un lanceur indien, on peut négocier une ticket pour un prix avoisinant les 90.000 euros, pour un engin de moins d'un kilo, assure l'ingénieur. Il y a trente ans, c'était un million d'euros !" La perspective de ce marché d'avenir a poussé les entreprises du spatial, comme Arianespace, à développer des systèmes déploiement dédiés aux CubeSats.

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Comment se débarrasser des débris spatiaux ?

Quatre satellites sur cinq ne sont pas conformes à la réglementation. La plupart du temps, ce sont des CubeSats.- Christophe Bonnal, expert au Cnes.

Cette course à la miniaturisation spatiale a aussi ses effets pervers. A la différence du MarCO de l'Agence spatiale américaine, la plupart des CubeSats ne sont pas dotés de système de propulsion. De ce fait, ils ne sont pas en mesure de changer de cap pour éviter une collision. En outre, comme le souligne Christophe Bonnal, nous avons parfois du mal à suivre leurs déplacements en raison de leur taille réduite. Ils se comportent, pour ainsi dire, comme des débris spatiaux. "Parfois, ils sont largués à des altitudes trop élevées. Quand ils arrivent en fin de vie ou s’ils tombent en panne, au lieu de redescendre dans l’atmosphère et de se consumer, ils peuvent rester en orbite pendant des centaines, voire des milliers d’années", explique l'expert du Cnes. 

Pourtant, ces mini satellites n'échappent pas à la réglementation. "Le problème, poursuit Christophe Bonnal, c'est que beaucoup d'entre eux ne sont pas enregistrés auprès du Bureau des affaires spatiales de l'Onu avant leur lancement". Qui plus est, les entreprises qui les placent en orbite ne sont pas toujours très regardantes. "Sans gendarme pour contrôler, sur cinq satellites aujourd'hui placés en orbite, quatre, souvent des CubeStats, ne respectent pas la réglementation onusienne", affirme Christophe Bonnal. Pour y remédier, le Cnes, en collaboration avec l’International Academy of Astronautics, a réalisé un livre blanc rappelant les règles de base à respecter : enregistrement auprès de l'Onu, altitude de l'orbite, etc. "Les CubeSats pour les nuls, en quelque sorte", résume notre expert. A condition d'avoir l'argent nécessaire, M. et Mme "Toute le monde" n'auront donc plus d'excuse ! 

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