La mission de la NASA démarre mal après l’échec d’Astra

Lorsque le minuscule Rocket 3.3 d’Astra a décollé de sa plate-forme à la Station de la Force spatiale de Cap Canaveral le 12 juin, tout semblait bien se passer. En fait, la mission progressait exactement comme prévu jusqu’à la fin – le moteur Aether du deuxième étage du booster semblait fonctionner normalement jusqu’à ce qu’il s’arrête brusquement environ une minute avant la date prévue. Malheureusement, la mécanique orbitale n’est rien sinon exigeante, et une brûlure de moteur qui se termine une minute plus tôt aurait tout aussi bien pu ne jamais se produire.

Selon les valeurs de télémétrie affichées à l’écran lors de la couverture en direct du lancement, l’étage supérieur du propulseur a culminé à une vitesse de 6,573 kilomètres par seconde, bien en deçà des 7,8 km/s nécessaires pour atteindre une orbite terrestre basse stable. Alors que le flux vidéo a été coupé dès qu’il était clair que quelque chose s’était mal passé, la physique rigide du vol spatial signifie qu’il n’y a guère de doute sur la séquence des événements qui ont suivi. Sans l’énergie nécessaire pour rester en orbite, l’étage supérieur de la fusée aurait été laissé sur une trajectoire sous-orbitale, réintégrant finalement l’atmosphère et brûlant quelques milliers de kilomètres en aval de son point de départ.

Un panache blanc inhabituel est vu du moteur alors qu’il s’arrête brusquement.

Bien sûr, ce n’est un secret pour personne que les vols spatiaux sont difficiles. Doublement pour une startup qui n’a que quelques vols réussis à son actif. Il ne fait aucun doute qu’Astra déterminera pourquoi leur moteur s’arrête tôt et apportera les modifications nécessaires pour s’assurer que cela ne se reproduise plus, et si leur historique est une indication, ils voleront probablement à nouveau dans peu de temps. Conçue pour un concours de la Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) qui visait à stimuler le développement de petites fusées bon marché capables de lancer des charges utiles à court préavis, la famille de fusées Astra a déjà fait preuve d’une agilité opérationnelle exceptionnellement élevée.

Astra et la conception Rocket 3.3 vivront pour voler à nouveau. Mais qu’en est-il de la charge utile que le propulseur devait mettre en orbite ? C’est un peu plus compliqué. Il s’agissait du premier des trois vols prévus pour assembler une constellation de petits CubeSats dans le cadre de la mission TROPICS de la NASA. L’agence spatiale a déjà publié une déclaration indiquant que la mission peut encore atteindre ses objectifs scientifiques, bien qu’avec une couverture réduite, en supposant que les satellites restants atteignent l’orbite en toute sécurité. Mais si l’un des prochains lancements échouait, les deux étant actuellement programmés pour voler sur les fusées d’Astra, il semble peu probable que le programme TROPICS puisse atteindre son objectif principal.

Alors, qu’est-ce que TROPICS exactement, et pourquoi la NASA a-t-elle fondé son succès sur la capacité d’un petit lanceur relativement immature à effectuer plusieurs vols avec son matériel à bord ? Nous allons jeter un coup d’oeil.

Se rapprocher de l’action

Les satellites météorologiques en orbite terrestre ne manquent pas, mais ils fonctionnent en grande partie isolés les uns des autres. En partie parce qu’ils ont tous des âges et des capacités techniques différents, mais en grande partie parce qu’ils ont toujours été conçus comme des missions autonomes. La mission TROPICS (Time-Resolved Observations of Precipitation structure and storm Intensity with a Constellation of Smallsats) vise à changer fondamentalement cette approche en utilisant une constellation composée de CubeSats identiques en orbite terrestre basse. Ces engins sont équipés de radiomètres à micro-ondes à haute résolution. qui peuvent balayer la trajectoire du satellite au-dessus du sol, et avec un alignement soigneux de leurs plans orbitaux, devraient être capables de fournir des balayages d’une tempête donnée sur une base à peu près horaire.

Comparé aux satellites plus traditionnels, même le NOAA-20 relativement moderne qui a été lancé en 2017, il s’agit d’une énorme amélioration. Fonctionnant de manière indépendante, ces satellites peuvent ne pouvoir imager une tempête que toutes les quatre à six heures, ce qui laisse des lacunes critiques dans la couverture. Les balayages rapides rendus possibles par la constellation TROPICS promettent d’améliorer considérablement notre capacité à prévoir et à suivre les cyclones tropicaux mortels, qui sont devenus de plus en plus fréquents dans les régions de l’Atlantique Nord et Moyen. Selon la NASA, cette région a connu un record de 30 tempêtes nommées en 2020, et les modèles climatiques s’attendent à ce que les choses ne fassent qu’empirer à partir d’ici.

TROPICS a été conçu pour utiliser six CubeSats 3U, chacun mesurant 36 cm (14,2 pouces) de long et pesant seulement 5,34 kg (11,8 lb). Avec la perte des deux premiers satellites le 12 juin, la constellation n’est plus que quatre. Les satellites restants pourront toujours imager les tempêtes tropicales et fourniront sans aucun doute des données utiles, mais la couverture mondiale réduite signifie que le temps entre les survols sera augmenté. Cependant, il convient de noter que même à capacité réduite, TROPICS devrait toujours être en mesure de fournir des données plus rapidement que les plates-formes existantes.

Bien qu’ayant connu des débuts décevants, il convient de rappeler que TROPICS est finalement une mission expérimentale à faible coût. Même si les trois lancements s’étaient déroulés comme prévu, la mission ne devait durer qu’un an. Tant qu’un seul TROPICS CubeSat est capable d’atteindre l’orbite et d’utiliser son équipement pour scanner une tempête tropicale active, les objectifs scientifiques de la mission auront été atteints, sinon les plus ambitieux.

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Naturellement, on peut se demander pourquoi une constellation de seulement six satellites doit être lancée sur trois fusées différentes. Après tout, SpaceX a lancé jusqu’à 60 de ses satellites Starlink par lancement pour créer sa propre constellation. Les six CubeSats TROPICS n’auraient-ils pas pu être mis en orbite en même temps si la NASA avait réservé leur passage sur une fusée plus puissante ?

Techniquement, oui. Mais alors, ils n’auraient pas été placés dans les avions orbitaux appropriés pour atteindre l’objectif déclaré de la mission de survols horaires. Certes, cet objectif est probablement déjà impossible à atteindre en raison de la perte inattendue de la première paire d’engins spatiaux, mais s’ils avaient tous été déposés le long de la même trajectoire orbitale, leur couverture aurait été tout aussi limitée que les satellites météorologiques traditionnels.

Des dizaines de nouveaux satellites StarLink prêts à être déployés en 2019.

Les satellites n’auraient-ils pas pu manœuvrer sur leurs orbites appropriées une fois largués, comme le font les satellites Starlink ? Peut-être s’ils étaient plus grands et disposaient de systèmes de propulsion suffisamment puissants. Mais les changements de plan orbital (c’est-à-dire la modification de l’inclinaison à laquelle un vaisseau spatial orbite par rapport à l’équateur) consomment une quantité incroyable d’énergie, en particulier en orbite terrestre basse, et les minuscules CubeSats 3U n’ont tout simplement pas la capacité de faire des manœuvres de cette échelle.

Compte tenu des objectifs spécifiques de la mission et des limites des satellites petits et peu coûteux en cours de vol, la fusée d’Astra est en fait le véhicule idéal pour transporter TROPICS. En fait, les besoins de cette mission ne sont pas si éloignés de la compétition DARPA originale pour laquelle Astra a développé son booster. L’armée voulait une fusée qui pourrait mettre de petits satellites sur des orbites très spécifiques au-dessus de la Terre rapidement et à moindre coût à des fins de reconnaissance, il se trouve que ces satellites particuliers sont plus concernés par la force et le mouvement des tempêtes tropicales que les troupes et les chars.

C’est pourquoi, malgré ce revers décevant, les deux prochains lots de satellites TROPIC voleront presque certainement sur les fusées d’Astra, bien qu’ils devront maintenant attendre la fin de l’enquête sur l’incident du 12 juin. Alors que d’autres petits boosters tels que l’Electron de Rocket Lab et même le LauncherOne de Virgin Orbit pourraient potentiellement intervenir si cela est absolument nécessaire, le coût et les dépenses d’adaptation de la mission à un nouveau lanceur ne doivent pas être sous-estimés. D’ailleurs, comme dit le proverbe : Mieux vaut tard que jamais.