LES NANOSATELLITES. Des satellites «pas chers, performants,» mais pour quels usages et quelles missions?

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1 LES NANOSATELLITES Des satellites «pas chers, performants,» mais pour quels usages et quelles missions?

2 LES SATELLITES PocketQub 0,5 Kg EyeSat 4 Kg (cubesat) Demeter 130 Kg (Myriades) Corot 630 Kg (Proteus) Pleiades Kg Alphasat Kg Pico Nano Micro Mini Moyen Gros 0 Kg 1 Kg 50 Kg 200 Kg 800 Kg 1500 Kg Kg

3 POURQUOI DES NANOSATELLITES? MINIATURISATION DES TECHNOLOGIES OUTIL PEDAGOGIQUE : formation des futurs ingénieurs du spatial CONCEPT CUBESAT inventé par Bob Twiggs de l université de Stanford (Palo Alto USA). Simple 1U: 10x10x10 cm 1,33 Kg 1 W Double 2U: 10x10x20 cm 2,66 Kg 2 W Triple 3U: 10x10x30 cm 3,99 Kg 3 W Etc 12U: 20x20x30 cm 16 Kg 12 W CARACTERISTIQUES : Interface standard avec la plupart des lanceurs dans le monde : P-POD (déployeur) développé par l Institut Polytechnique de Californie (San Luis Obispo USA) DE PLUS EN PLUS UTILISE POUR DES: PEU CHER, RAPIDEMENT DEVELOPPE, PERFORMANT UTILISATION DE COMPOSANTS NON SPATIAUX, DUREE DE VIE 1 à 2 ANS (voire plus) validations technologiques en orbite missions scientifiques (y compris interplanétaires) nouvelles applications pour la société civile et pour la défense (constellations d observation de la Terre, d écoute, )

4 LA MISE EN ORBITE ORBITES VISEES Principalement des orbites basses polaires entre 350 Km et 800 km (idéalement 500 Km) Respect de la Loi des Opérations Spatiales (en fin de vie rentrée dans l atmosphère en moins de 25 ans), MOYENS DE LANCEMENT Par la plupart des lanceurs (Falcon 9, Soyouz, DNEPR, PSLV, ) en piggy-back (passager «clandestin») mais aussi par la Station Internationale (plus de 100 déjà lancés). CZ (Long March) 3% Vega 2% Autre 5% Antares 5% Atlas 13% Dnepr 21% Falcon 10% Soyouz 4% Delta 3% Rockot 1% Minotaur 11% PSLV 10% SPARK (Super-Stypi) 1% H-II 8% Navette 3%

5 LA MISE EN ORBITE NOUVEAUX MOYENS DE LANCEMENT Nouvelles et nombreuses entreprises de lancement voient le jour Objectif : 250 Kg en orbite basse pour un coût de l ordre de 5 M!!! VECTOR SPACE SYSTEM : start-up issue des fondateurs de SpaceX fondée en Avril 2016 Le lanceur Vector pourra mettre entre 65 Kg (Vector-R) et 125 Kg (Vector-H) en orbite basse à 400 Km Prévision 2017 : Premier vol le 3/5/17 de Vector-R 2018 : Lancements des Vector-R 2019 : Premier vol de Vector-H 2020 et au delà: 100 lancements/an ROCKET LAB : société américaine et australienne Le lanceur Electron, dédié aux cubesats, pourra mettre 150 kg en orbite basse à 500 Km Prévision 2017 : Premier vol le 25/5/17 (base en Nouvelle Zélande) 2018 et au delà: 50 lancements/an La plupart des places déjà vendues jusqu en 2019 grâce à un système révolutionnaire de réservation par internet (

6 ETAT DES LIEUX

7 PROJET JANUS Jeunes en Apprentissage pour la réalisation de Nanosatellites au sein des Universités et des écoles de l enseignement Supérieur CONTACT Chef de projet : alain.gaboriaud@cnes.fr

8 HISTORIQUE ACTIVITES NANOSATELLITES ETUDIANTS : 2005 à : Initiative EXPRESSO (CNES) Université de Montpellier ROBUSTA lancement le 13 février 2012 par VEGA Non fonctionnement en vol Rentrée atmosphérique en janvier étudiants 2009 : Coopération avec la Russie BAUMANETS2 Université de Montpellier Instrument ROBUSTA, Toujours pas lancé (prévu initialement en 2011) 20 étudiants 2010 : Coopération avec l Inde PRATHAM Université Paris Diderot Station sol pour traitement du signal Lancement le 26 septembre 2016 par PSLV Non fonctionnement en vol (aucun signal reçu) 15 étudiants PROJET JANUS : Naissance Début 2012 Poursuite des activités à l université de Montpellier : ROBUSTA1B, Opportunité du projet QB50 : février propositions soutenues par le CNES : X, Ecole des Mines, SupAéro; Université Paris Est Créteil Discussions avec d autres universités et école d ingénieurs : Paris Diderot (déjà impliqué), Paris Sud Cachan, Aix Marseille, Pierre et Marie Curie, ELISA

9 OBJECTIFS DE JANUS PROMOUVOIR LES ACTIVITÉS SPATIALES AUPRÈS D ÉTUDIANTS DE L ENSEIGNEMENT SUPÉRIEUR EN PROPOSANT LE DÉVELOPPEMENT DE PROJETS SPATIAUX Nanosatellites de type cubesat masse comprise entre 1 et 20 kg Charges utiles pour : mesurer des paramètres de l environnement terrestre faire des images de la Terre (différentes résolutions et bandes spectrales localiser des véhicules terrestres (bateaux, camions, ) participer à l exploration du système solaire observer l univers Segment sol stations sol VHF/UHF, 2GHz, 8 GHz, centre de contrôle, centre de mission PROPOSER ET VALIDER EN ORBITE DE NOUVELLLES TECHNOLOGIES matériaux, capteurs, instruments, système de contrôle d attitude, calculateur embarqué, systèmes de communication radio fréquence, propulsion,

10 ORGANISATION UNIVERSITES/ECOLES Mise en place de CENTRES SPATIAUX UNIVERSITAIRES Mettre en place des moyens techniques, Manager les projets spatiaux(choix des projets, planning, budget) Rechercher des sponsors (mécénat, associations) Encadrer les étudiants (professeurs, ingénieurs, techniciens) Concevoir et développer des projets nanosatellites étudiants Réaliser les opérations en vol Mettre en place des coopérations avec d autres universités (françaises ou étrangères) ou d autres CSU Assurer les relations avec le CNES Partenariat avec des LABORATOIRES SCIENTIFIQUES Partenariat avec des PME/PMI ayant de préférence des activités dans le spatial

11 UNIVERSITES/ECOLES DANS JANUS Lille St Quentin Brest Paris Bordeaux Grenoble Toulouse Montpellier Marseille

12 PREMIERS CUBESATS EN ORBITE X-CubeSat (double cubesat) Etude de la thermosphère avec l instrument FIPEX pour la mesure de l oxygène atomique SpaceCube (double cubesat) Etude de la thermosphère avec l instrument FIPEX pour la mesure de l oxygène atomique Lancement des 28 cubesats QB50 par un AtlasV le 18 avril 2017 Acheminement vers l ISS par un CYGNUS le 22 avril 2017 Mise en orbite à partir de l ISS: X-Cubesat le 17 mai 2017 à 3h45 SpaceCube le 18 mai 2017 à 10h25 Les deux Cubesats fonctionnent

13 CSU DE MONTPELLIER ROBUSTA 1B (simple cubesat) Etude des doses de radiations sur des composants bipolaires Similaire à ROBUSTA 1A (corrections des anomalies) 30 étudiants depuis 2012 Lancement réalisé le 23 juin 2017 à 6h00 heure française par un PSLV (Inde) ROBUSTA1B est totalement opérationnel ROBUSTA 3A (triple cubesat) Mission Méditerranée pour la collecte de données issues de navires pour effectuer des prévisions quantitatives des épisodes cévenols 70 étudiants depuis 2012 Prêt au lancement en juin 2019

14 CSU DE TOULOUSE PROJETS CUBESATS EntrySat (3U) Démonstrateur en orbite pour étudier la rentrée atmosphérique Un des 10 IOD du réseau QB50 Prêt au lancement fin 2017/ lancement prévu en 2018 lanceur AD NIMPHSAT (3U) Validation technologique de composants hyper optique (TAS et CNES) et détecteur de particules (ONERA) et instrument CERN pour mesures de radiations Prêt au lancement en 2020 SPECTRA (3U) Ecoute du spectre (en collaboration avec l ENSTA Bretagne) Prêt au lancement en 2020 ATISE (12U) Responsable système et centre de contrôle Réalisation de la plateforme basée sur le concept MONA Intégration de la CU ATISE développée par le Prêt au lancement en 2021 PROJETS SEGMENT SOL Centre de contrôle EntrySat (station sol VHF/UHF) et EyeSat (accès réseau 2GHz CNES) Centre de mission EyeSat (station bande X)

15 UNIVERSITE PARIS EST CRETEIL OGMS-SAT (triple cubesat) Démonstrateur en orbite pour étudier la dégradation de matériaux exposés à des radiations solaires (UV, Chaleur). Instrument CRDS (Cavity Ring Down Spectrometer) : mesure du spectre d absorption de gaz par diodes laser Prêt au lancement prévu mi 2018 (Lanceur AD) UNIVERSITE PARIS DIDEROT IGOSAT (triple cubesat) Mesure du flux et du spectre des électrons de 1-20 MeV et des gammas dans l anomalie sud atlantique et les cornets polaires Prêt au lancement début 2019 UNIVERSITE AIX-MARSEILLE CASAA-SAT(double cubesat) Caractérisation de l Anomalie Magnétique de l Atlantique Sud (un capteur de particules et une petite caméra) Prêt au lancement juin 2019

16 CSU DE GRENOBLE ATISE Réalisation de l instrument ATISE pour faire des mesures spectrométriques au limbe des aurores polaires et de l airglow. La plateforme sera basée sur MONA et réalisée par le Prêt au lancement en 2021 CSU DE L ECOLE POLYTECHNIQUE X-Cubesat2 (triple cubesat) Etude du soleil (irradiance totale solaire) et de la Terre (bilan radiatif) Prêt au lancement en 2021

17 CSU CURIESAT METEORIX (triple cubesat) Détecter et caractériser des météores par photométrie UV Prêt au lancement en 2021 CSU JULES VERNE OEDIPE (simple cubesat) Validation technologique de résonateurs MEMS: (Micro ElectroMechanical System) : remplacer des quartz dans les applications hautes performances (source RF (500MHz to 4GHz) compacte et faiblement sensible à l accélération / microbalance gravimétrique pour mesure ultime de masse) Prêt au lancement en 2022

18 PROJET PILOTE JANUS EyeSat (triple cubesat) Mission d astronomie pour étudier la lumière zodiacale et la voie lactée et mission de démonstration technologique Lancement prévu entre septembre 2018 et mars 2019 SOYOUZ (Russe) de Kourou ( Guyane) Senseur stellaire Roues à réactions Carte Bande X Antenne Bande S Carte Bande S Antenne Bande X Carte Ordinateur Bord

19 BILAN TECHNOLOGIES Structure Cubesat en fabrication additive avec du Windform XT 2.0 (matière plastique, agréé NASA et ESA pour l espace) Chaîne de détection pour rayons gammas (20KeV à 2Mev) et électrons (1Mev à 20Mev) Cristal (Gammas): CeBr3 (Hellma Materials) Plastic (Electrons): BC-412 (St Gobain) Détecteur: SiMP/MPPC (HAMAMATSU) Traitement du signal: EASIROC chip Instrument pour mesurer des spectres d absorption de gaz par diodes laser : CRDS (Cavity Ring Down Spectrometer) Carte calculateur NINANO: ARM9 +FPGA (STEEL)

20 BILAN TECHNOLOGIES Cartes Radio Fréquence 8Ghz et 2Ghz (SYRLINKS) Antennes bord (CNES/SAP) Charnières composites (CLIX) Caméra CMOS Couleur (3D+) Panneaux solaires (CNES/ETUDIANTS) Traitement noir multicouche à absorption contrôlée (CILAS) Logiciels SCAO, (CNES/ETUDIANTS) Logiciels TSP (XTRATUM + LVCUGEN) (FENTISS/CS)

21 BILAN TECHNOLOGIES NOMBREUX SOUS-SYSTEMES POUR CUBESATS ONT ÉTÉ REALISES Des cartes RF, calculateur, antennes bord, caméra CMOS couleur, charnières composites, qui placent des industriels français leader mondiaux sur le marché cubesats (SYRLINKS, STEELS, 3D+, CLIX, ) Des briques logiciel embarqué pour nouveau processeur type ARM (XTRATUM, LVCUGEN), Nouveaux algorithmes SCAO, Des bancs de tests (hardware et software) pour nanosatellites (BVSS) REUTILISATION DES DEVELOPPEMENTS ET DES COMPETENCES Pour le démonstrateur 12 U ANGELS (NEXEYA) embarquant la CU NANOARGOS (THALES/SYRLINKS) Pour des missions scientifiques de premier plan MSL2020 et pour le senseur stellaire de ONE WEB CREATION DE STAR-UP : ANYWAVES (Toulouse), THRUST-ME (Paris), EXOTRAIL (Paris),ODYSSEUS (Taiwan),...

22 BILAN UNIVERSITES/ECOLES FORMATIONS COMPLEMENTAIRES DES ETUDIANTS ET DES ENCADRANTS PAR DES INGENIEURS DU SPATIAL Conférences, présentation des activités du CNES Sensibilisation à la LOS (Loi des Opération Spatiales) Formations dans les différentes disciplines de l ingénierie spatiale (Orbitographie, SCAO, Thermique, Radiation, Système, Satellite, Management de projet, ) Participation au TTVS APPRENTISSAGE A l INGENIERIE CONCOURANTE Formation des étudiants et des encadrants aux méthodes et outils utilisés par le CNES pour réaliser les PHASE 0, A et B de systèmes orbitaux 10 sessions (de 3 jours chacune) en 2012, 2013,2014, 2016, 2017 (+ de 300 étudiants et encadrants formés) Installation gratuite et à la demande des outils dans les universités et écoles d ingénieurs REFERENTIEL NORMATIF (DANS LE RNC) POUR LE DEVELOPPEMENT DE SYSTEMES ORBITAUX NANOSATELLITE PAR DES ETUDIANTS Un guide pédagogique Des «templates» de documents à écrire durant toutes les phases de développement (spécification Mission, spécification système, spécification nanosatellite, dossier de définition, dossier d interfaces, plan AIT, plan assurance qualité, )

23 BILAN UNIVERSITES/ECOLES PLUS DE 1000 ETUDIANTS ONT PARTICIPE DIRECTEMENT A LA CONCEPTION ET AU DEVELOPPEMENT DE CUBESATS ET DE LEUR SEGMENT SOL BTS, IUT, Licence pro, Master 1 et 2, 2 ème et 3 éme année d école d ingénieurs, thèses Stages de césure ou de fin d étude (entre 3 et 6 mois) ou des projets (80 à 100 heures) durant le cursus académique PLUS DE 150 PROFESSEURS, INGENIEURS, TECHNICIENS SONT MOBILISES ET FORMES POUR ENCADRER DES PROJETS CUBESATS BENEFICES POUR LES ETUDIANTS AYANT PARTICIPE A JANUS : Apprentissage concret du métier d ingénieur en complément de leur formation académique, Facilité d obtention de stages à l étranger dans des agences (JPL, ESA) ou des universités (Tohoku, Caltech, MIT,..) Obtention rapide d un emploi, principalement dans le spatial (AIRBUS, TAS, THALES SERVICE, CNES, AKKA, SODERN, ISIS, GMV, SPACEBELL, 3D+, EPSILON, NEXEYA conseil et formation, ISAE, LISA, LESIA, IRAP, ) Possibilité de faire des thèses IMPORTANTE DYNAMIQUE CREEE AU SEIN DE PLUS DE 12 ECOLES D INGENIEURS ET UNIVERSITES FRANCAISES