Un peu plus près du Soleil : les prouesses technologiques de Solar Orbiter

La Terre est plongée dans le noir. Les réseaux électriques sont tombés, plus aucun appareil électrique ne fonctionne. Les satellites sont hors d’usage et les télécommunications sont coupées. Les trains et les avions sont à l’arrêt et les GPS ne localisent plus rien ni personne. La cause de cette catastrophe ? Une tempête solaire : des particules énergétiques émanant du Soleil, entrées dans le champ électromagnétique de la Terre.

La dernière tempête solaire s’est produite en 1859, il y a 160 ans, lorsque l’électricité n’en était qu’à ses débuts. Son impact a donc été faible, avec des aurores polaires très lumineuses et des perturbations sur les communications télégraphiques. Imaginez les effets d’une telle tempête aujourd’hui… et nous voilà plongés dans le roman de science-fiction Ravage de Barjavel ou dans un scénario dystopique hollywoodien. Afin de mieux prévoir ces tempêtes et essayer d’en atténuer l’impact, les scientifiques travaillent à élucider certains mystères de notre Soleil. C’est ainsi qu’ils ont imaginé la mission Solar Orbiter.

Comprendre les tempêtes solaires

Né d’un appel à idées de l’ESA (Agence spatiale européenne) en 1982, la mission Solar Orbiter a pour vocation de collecter un grand nombre de données et d’images solaires inédites. Les études prennent forme dans les années 2000 et se rapprochent du projet similaire mené par la NASA (National Aeronautics and Space Administration) aux États-Unis. Le 10 février 2020, le vaisseau spatial Solar Orbiter est lancé depuis le Centre spatial Kennedy en Floride.

Le vaisseau spatial Solar Orbiter à proximité du Soleil (image ESA)

Construit par un consortium d’une quarantaine d’entreprises européennes dirigé par Airbus Defence et Space UK, Solar Orbiter va passer la prochaine décennie à étudier le Soleil de très près, à une distance d'environ 42 millions de kilomètres. Les dix instruments à bord de Solar Orbiter mesureront principalement le comportement du plasma et des champs magnétiques du Soleil pour nous aider à comprendre comment se produisent ses éruptions.

En plus d'explorer l'environnement solaire, les instruments mesureront et photographieront les pôles solaires à partir de hautes latitudes - ce qui n'a jamais été fait auparavant. La mission espère également révéler d’où provient l’énergie de la couronne solaire dont la température dépasse les 1 million de °C, alors que la température du soleil reste comprise entre 5 500 et 6 000 °C - c’est encore aujourd'hui un véritable mystère.

Un vaisseau spatial hors du commun

La construction d'un vaisseau spatial pour étudier le Soleil d’aussi près a été un véritable défi. Bien sûr, le Solar Orbiter doit être capable de supporter des températures intenses : ardentes… mais aussi glaciales. Ainsi, le bouclier thermique de Solar Orbiter est prévu pour résister à des températures de plus de 500 °C. Dans le même temps, les réservoirs de carburant du vaisseau et les parties situées dans les zones d’ombre devront supporter des températures de l'ordre de -180 °C. Les concepteurs ont dû s'assurer que le Soleil ne puisse pas « griller » les instruments d’un côté du vaisseau et que le carburant ne gèle pas de l’autre !

Le vaisseau devra également atteindre une orbite spécifique de 33° indispensable pour offrir une vue des deux pôles : il devra sortir du plan écliptique du système solaire et se placer sur une orbite solaire polaire - et il faudra beaucoup de temps et d'énergie pour qu’il y parvienne ! Dix survols de Vénus et un survol de la Terre lui fourniront la quantité incroyable d'énergie dont il a besoin, grâce à l’assistance gravitationnelle. Il faudra 7 ans au vaisseau pour atteindre son orbite opérationnelle, et ce n’est que dans la phase suivante qu’il se rapprochera l’orbite de 33° convoitée.

Afin de ne commettre aucune erreur dans la conception et la fabrication de Solar Orbiter, les équipes du consortium – dont Atos fait partie – ont travaillé sans relâche depuis 2012 pour tester et simuler les conditions de l’aventure.

Vaisseau spatial en phase de construction et de test (image ESA)

Simuler l'aventure

Restons sur le sujet critique de l’énergie. Les panneaux solaires et les batteries n’ont été intégrés que dans les dernières phases de la construction du vaisseau – il bénéficiait avant cela d’un équipement électrique dédié. Pour tester les conditions réelles de la mission, cet équipement était complété par un système de contrôle de l’alimentation en énergie. Il simulait, entre autres, l'inclinaison des panneaux solaires à proximité du Soleil pour tester leur résistance aux chaleurs extrêmes, ou le comportement de la batterie - la manière dont elle se charge et se décharge pour se protéger des surcharges de courant ou d'énergie - et le processus de passage d’une alimentation solaire à celle de la batterie.

Un autre des simulateurs conçus par Atos avait la responsabilité de l'ordinateur de bord du Solar Orbiter. Il avait un double objectif : comprendre comment l’ordinateur se comporterait pendant son voyage et permettre à tous les industriels du consortium de construire et tester leurs différents composants. En effet, l’ordinateur de bord reçoit, traite et exécute les commandes envoyées depuis la Terre, mais il renvoie également des données à la Terre (télémétrie) sur l'état de santé de l'engin spatial. Le simulateur se compose donc de deux parties : le logiciel qui simule la réaction de l'ordinateur de bord aux différentes commandes, et le matériel nécessaire pour communiquer les résultats simulés aux périphériques et recevoir les réponses de ces derniers.

Enfin, il a fallu simuler les communications du vaisseau spatial avec les stations terrestres et la compatibilité des systèmes de communications. Une « valise » contenait à cet effet le matériel de vol et une réplique exacte du sous-système de communication du vaisseau spatial (l'ordinateur de bord, le transpondeur, etc.). Cette « valise » a fait le tour de la Terre, soit de toutes les stations terrestres appelées à recevoir ou émettre des signaux vers Solar Orbiter, pour s’assurer de leur capacité à le faire.

Même si Solar Orbiter est déjà lancé, tous ces simulateurs sont maintenus en état de fonctionnement en cas d’incident pendant le vol. Une anomalie sur le vaisseau spatial peut nécessiter de recréer l'environnement endommagé pour trouver des solutions ou contourner les problèmes.

Un périple au long cours

Pas moins de 40 entreprises, deux agences spatiales, près de 25 ans de travaux : l'histoire de Solar Orbiter est extraordinaire. Déjà 15 ans de mission se sont écoulés, mais il faudra attendre 2030 pour obtenir l'ensemble des données et des images des pôles solaires, pour enfin disposer des connaissances pour percer le mystère des tempêtes solaires… et éviter qu’un jour la Terre ne soit plongée dans l’obscurité.

Les experts Atos sont fiers d’avoir travaillé sur de précédentes missions spatiales telles que Rosetta ou Bepicolombo. >> En savoir plus ce que nous faisons pour le secteur aéronautique et spatial ici