CubeSats : les plus petits des satellites,

La plupart des CubeSats pèsent moins qu’une boule de bowling, et certains sont suffisamment petits pour tenir dans la main. Mais l’impact de ces instruments sur l’exploration spatiale est gigantesque. Les CubeSats – des satellites miniatures, agiles et bon marché – révolutionnent la façon dont les scientifiques étudient le cosmos.

Un CubeSat de taille standard est minuscule, il pèse environ 2 kg. Certains sont plus gros, peut-être quatre fois plus gros, mais d’autres ne pèsent pas plus d’une livre.

En tant que professeur de génie électrique et informatique travaillant avec les nouvelles technologies spatiales, je peux vous dire que les CubeSats sont un moyen plus simple et beaucoup moins coûteux d’atteindre d’autres mondes.

Plutôt que d’embarquer de nombreux instruments aux fonctions très diverses, ces satellites de taille lilliputienne se concentrent généralement sur un seul objectif scientifique spécifique – qu’il s’agisse de découvrir des exoplanètes ou de mesurer la taille d’un astéroïde. Ils sont abordables pour toute la communauté spatiale, même pour les petites start-up, les entreprises privées et les laboratoires universitaires.

Petits satellites, grands avantages

Les avantages des CubeSats par rapport aux satellites de plus grande taille sont considérables. Les CubeSats sont moins coûteux à développer et à tester. Les économies de temps et d’argent se traduisent par des missions plus fréquentes et plus diversifiées, ainsi que par une réduction des risques. Cela seul accélère le rythme de la découverte et de l’exploration spatiale.

Les CubeSats ne voyagent pas par leurs propres moyens. Ils font plutôt du stop, ils font partie de la charge utile d’un vaisseau spatial plus grand. Entassés dans des conteneurs, ils sont éjectés dans l’espace par un mécanisme à ressort attaché à leurs distributeurs. Une fois dans l’espace, ils s’allument. Les CubeSats terminent généralement leurs missions en se consumant lorsqu’ils pénètrent dans l’atmosphère après que leurs orbites se soient lentement désintégrées.

Exemple concret : une équipe d’étudiants de l’université Brown a construit un CubeSat en moins de 18 mois pour moins de 10 000 dollars . Le satellite, de la taille d’une miche de pain et développé pour étudier le problème croissant des débris spatiaux , a été déployé à partir d’une fusée SpaceX en mai 2022 .

Taille plus petite, usage unique

L’envoi d’un satellite dans l’espace n’a rien de nouveau. L’Union soviétique a lancé Spoutnik 1 en orbite terrestre en 1957. Aujourd’hui, environ 10 000 satellites sont en activité , et presque tous sont utilisés dans les domaines des communications, de la navigation, de la défense militaire, du développement technologique ou des études sur la Terre. Seuls quelques-uns – moins de 3 % – explorent l’espace .

Les choses sont en train de changer. Les satellites, petits et grands, deviennent rapidement l’épine dorsale de la recherche spatiale. Ces engins spatiaux peuvent désormais parcourir de longues distances pour étudier des planètes et des étoiles, des endroits où les explorations humaines ou les atterrissages de robots sont coûteux, risqués ou tout simplement impossibles avec la technologie actuelle.

Mais le coût de la construction et du lancement des satellites traditionnels est considérable. Lancé en 2009, le satellite de reconnaissance lunaire de la NASA a une taille comparable à celle d’un minivan et a coûté près de 600 millions de dollars. Le satellite de reconnaissance martien , dont l’envergure est égale à celle d’un bus scolaire, a coûté plus de 700 millions de dollars. L’ orbiteur solaire de l’Agence spatiale européenne , une sonde de 1 800 kilos conçue pour étudier le Soleil, a coûté 1,5 milliard de dollars. Et l’ Europa Clipper , dont le lancement est prévu en octobre 2024 vers la lune de Jupiter Europe, coûtera au final 5 milliards de dollars.

Ces satellites, relativement grands et d’une complexité étonnante, sont vulnérables aux pannes potentielles , un phénomène assez fréquent. En un clin d’œil, des années de travail et des centaines de millions de dollars peuvent être perdus dans l’espace.

À la découverte de la Lune, de Mars et de la Voie Lactée

Grâce à leur taille réduite, les CubeSats peuvent être déployés en grand nombre lors d’un seul lancement, ce qui réduit encore les coûts. Leur déploiement par lots (appelés constellations) permet à plusieurs appareils d’observer les mêmes phénomènes.

Par exemple, dans le cadre de la mission Artemis I en novembre 2022, la NASA a lancé 10 CubeSats . Ces satellites tentent désormais de détecter et de cartographier l’eau sur la Lune. Ces résultats sont essentiels, non seulement pour les prochaines missions Artemis, mais aussi pour la quête d’une présence humaine permanente sur la surface lunaire. Les CubeSats ont coûté 13 millions de dollars.

Les CubeSats MarCO – au nombre de deux – ont accompagné l’atterrisseur Insight de la NASA sur Mars en 2018. Ils ont servi de relais de communication en temps réel avec la Terre pendant l’entrée, la descente et l’atterrissage d’Insight sur la surface martienne. En prime, ils ont capturé des images de la planète avec des caméras grand angle. Ils ont coûté environ 20 millions de dollars.

Les CubeSats ont également étudié les étoiles proches et les exoplanètes, qui sont des mondes situés en dehors du système solaire . En 2017, le Jet Propulsion Laboratory de la NASA a déployé ASTERIA , un CubeSat qui a observé 55 Cancri e , également connue sous le nom de Janssen, une exoplanète huit fois plus grande que la Terre, en orbite autour d’une étoile située à 41 années-lumière de nous. En reconfirmant l’existence de ce monde lointain, ASTERIA est devenu le plus petit instrument spatial à avoir jamais détecté une exoplanète.

Deux autres missions spatiales CubeSats notables sont en route : HERA , dont le lancement est prévu en octobre 2024, déploiera les premiers CubeSats dans l’espace lointain de l’Agence spatiale européenne pour visiter le système d’astéroïdes Didymos , qui orbite entre Mars et Jupiter dans la ceinture d’astéroïdes.

Le satellite M-Argo , dont le lancement est prévu en 2025, étudiera la forme, la masse et les minéraux de surface d’un astéroïde qui sera bientôt baptisé. De la taille d’une valise, M-Argo sera le plus petit CubeSat à effectuer sa propre mission indépendante dans l’espace interplanétaire.

Les progrès rapides et les investissements considérables déjà réalisés dans les missions CubeSat pourraient contribuer à faire de l’homme une espèce multiplanétaire. Mais ce voyage sera long et dépendra de la prochaine génération de scientifiques pour concrétiser ce rêve.

Mustafa Aksoy

Professeur adjoint de génie électrique et informatique, Université d’Albany, Université d’État de New York