Le défi de la miniaturisation spatiale

La miniaturisation des engins spatiaux et la réduction de leur masse facilitent l’accès au spatial à un coût réduit. C’est donc en fonction de leur masse que les petits satellites seront classifiés, toutefois, cette classification n’a pas encore été normalisée :
  • Femtosatellite : masse < 100 g
  • Picosatellite : masse < 1 kg
  • Nanosatellite : masse < 1–50 kg
  • Microsatellite : masse < 100–150 kg (NASA < 100 kg)
  • Minisatellite: masse < 500 kg (NASA smallsatellite < 180 kg)
Source : Nasa, Small spacecraft technology state of the art 2014
Echelle et catégories de petits satellites - Source : Nasa, Small spacecraft technology state of the art 2014

Les nanosatellites, qu'est-ce que c'est ?

Les nanosatellites sont une nouvelle catégorie des gabarits spatiaux qui varie entre 1 à 50kg, ils sont principalement caractérisés par leur petite taille mais c’est surtout leur standardisation que les rend très intéressants. De plus, ces gabarits ont la propriété de consommer moins d’énergie par rapport aux gros engins spatiaux.
Schéma d’un nanosatellite de type cubesat montrant les différentes parties qui le constituent.
Schéma d’un nanosatellite de type cubesat montrant les différentes parties qui le constituent - Source : document "Nanosatellites – réflexions", ESEP, déc. 2014

Les débuts des cubesats

Les cubesats ont été créés en 1999, fruit d’une collaboration entre le professeur Jordi Puig Suari de California Polytechnic State University (Cal Poly), San Luis Obispo et le Professeur Bob Twiggs du Stanford University's Space Systems Development Laboratory (SSDL). L’objectif : développer des petits satellites standards aux moindres coûts, permettant aux universités de produire et lancer leurs propres engins spatiaux. Un cubesat est un nanosatellite standard qui a une forme de cube d’un décimètre de coté. Son volume est donc d’un litre et doit peser moins d’1,33 kg (image ci-dessous, issue du document "CubeSat Design Specification, The CubeSat Program, Cal Poly SLO" Rev. 13).

Dimensions du cubesat
Dû à leur standardisation, les cubesats peuvent être assemblés, afin de construire de plus gros satellites au cas où les charges utiles soient plus importantes. Afin de permettre aux universités le lancement des cubesats dans l’espace, un système de déploiement a été fabriqué par l’université polytechnique de Californie, le P-POD (Poly PicosatelliteOrbital Deployer), ce dernier sert d’interface entre le lanceur et les cubesats. En orbite, le lanceur va envoyer un signal au P-POD ce qui déclenchera par la suite l’ouverture et l’éjection des cubesats.

La capacité maximale est de trois cubesats par P-POD (image ci-dessous "Six cubesats et leur système de lancement (P-POD)", source : CubeSat Design Specification Rev. 13, The CubeSat Program, Cal Poly SLO.).
Six cubesats et leur système de lancement (P-POD)

Des petits gabarits à fort potentiel scientifique

Les avantages des nanosatellites et cubesats par rapport aux engins classiques sont les suivants :

  • Accès facilité aux techniques du spatial : pour les PME (Petites et Moyennes Entreprises), les laboratoires et les étudiants
  • Temps de conception : le délai de fabrication d’un nanosatellite est d’environ 5 ans, bien plus court qu’un engin spatial classique
  • Moindres coûts : le coût approximatif moyen est de 1,5 million d'euros comparé à plusieurs dizaines de millions d'euros pour les satellites standards
Longtemps classifiés uniquement comme objets pédagogiques dû à leur standardisation et facilité de réalisation, en 2003 la vision et l'utilisation des nanosatellites sont transformées radicalement suite au lancement du nanosatellite MOST, projet canadien. En effet, le mini télescope MOST (Microvariabilityand Oscillations of Stars) est le premier nanosatellite à mener une mission scientifique, son rôle : l'étude de la sismologie stellaire.

Ainsi, depuis une dizaine d’années ces petits engins n’arrêtent pas de séduire des acteurs très divers (universités, laboratoires, industriels, PME…) grâce à la variété sans fin des thématiques scientifiques, démonstrations technologiques, expérimentations en orbite, et bien d’autres que peuvent être assignés comme charge utile à ces petits gabarits qui gardent des capacités insoupçonnées.