Airbus Defence and Space

Exploration de l'Univers Focus

A la rescousse de Cluster

La mission est prolongée jusqu’en décembre 2012

Vue d’artiste des satellites Cluster dédiés à l’étude des vents solaires

Cette année, un ensemble d'instruments scientifiques vitaux de l'un des satellites Cluster de l'Agence spatiale européenne (ESA), fabriqués par Airbus Defence and Space, a cessé de répondre après plus de dix ans de service en orbite. Dans le cadre des activités d'assistance client d'Airbus Defence and Space, les spécialistes Gunther Lautenschläger et Heiner Sondermann se sont mobilisés début juin pour prêter conseil et assistance à l'ESA pour la remise en service complète du système.

  Vue d’un satellite Cluster lors de son intégration en salle blanche chez Airbus Defence and Space Friedrichshafen en 1998 La mission Cluster a débuté par deux lancements doubles de Soyouz pendant l’été 2000. Depuis, les quatre satellites jumeaux mesurent les effets du vent solaire sur le champ magnétique terrestre et livrent une vision exceptionnelle de l’interaction, largement invisible, entre le Soleil et la Terre. La mission Cluster devait initialement s’achever 2005. Etant donné la qualité extraordinaire des données recueillies, elle a été prolongée à trois reprises et doit maintenant durer jusqu’en décembre 2012.

Sur les onze instruments présents à bord de chaque satellite, cinq comprennent le Wave Experiment Consortium (WEC), qui permet de mesurer les champs électriques et magnétiques. Tous les senseurs fonctionnent de concert pour fusionner les données recueillies et fournir une vue d’ensemble cohérente. Le 5 mars, la suite d’instruments WEC du troisième satellite Cluster, dénommé Samba, a été éteinte en réaction à une alarme de surveillance intégrée, mais ne s’est pas rallumée ensuite.

Eclaté de la plateforme de l’équipement principal de Cluster, montrant les instruments STAFF (1), EFW (2), DWP (3), WHISPER (4) and WBD (5) – qui composent la suite WEC (WAVE Experiment Consortium). (© ESA).

Les procédures de secours standard ont alors été appliquées par les contrôleurs du Centre européen d’opérations spatiales (ESOC) de l’ESA à Darmstadt, Allemagne, mais en vain ; les instruments sont restés muets à toute tentative de rallumage. Heiner Sondermann, ingénieur électricien de Cluster chez Airbus Defence and Space, explique : « En l’absence de réponse des instruments et d’information sur leur consommation énergétique, les doutes se sont portés soit sur un dysfonctionnement des instruments eux-mêmes, soit sur un court-circuit électrique ». Une panne irréversible de cette suite nuirait considérablement à l’apport scientifique et marquerait quasiment la fin de la mission Cluster.

L’ESOC a également ordonné l’activation de l’alimentation redondante, mais le limiteur de courant LCL (Latching Current Limiter) de l’unité de distribution de puissance PDU (Power Distribution Unit) a disjoncté immédiatement. Cette mesure de protection vise à préserver le principal bus du satellite des courts-circuits émanant des instruments.

Ingénieurs dans la salle de contrôle Cluster au Centre européen d'opérations spatiales (ESOC). (© ESA/J. Mai)Au cours des semaines qui ont suivi, l’équipe de contrôle Cluster de l’ESA à l’ESOC a travaillé en lien étroit avec les spécialistes d’Airbus Defence and Space, les scientifiques et le fabricant du WEC, ainsi que d’autres équipes de l’ESA. L’ingénieur système d’Airbus Defence and Space, Gunther Lautenschläger, a suggéré que l’ESOC sollicite un module logiciel dormant, se trouvant à bord, pour mesurer le courant d’appel du WEC. Ce logiciel avait été utilisé pour la dernière fois après le lancement des satellites en 2000, afin de superviser le déploiement nominal des antennes et des perches à instruments.

Ce profil de courant, obtenu par télémesure, a exclu un court-circuit provenant des instruments, laissant supposer que les cinq interrupteurs situés à l’intérieur de la suite WEC étaient probablement bloqués en position « off », ce qui pourrait expliquer pourquoi le courant d’appel sollicité lors de l’allumage simultané des cinq instruments excédait le courant de déclenchement nominal du LCL.

La seule solution consistait à rallumer les instruments de la suite WEC en rouvrant simultanément les alimentations à la fois nominale et redondante - une action exclue par la conception du PDU et par le protocole du bus de l’ordinateur de bord. Après avoir exploré plusieurs options possibles, toutes écartées les unes après les autres, les experts de l’ESA et d’Airbus Defence and Space ont finalement trouvé une « pirouette ».

Gunther Lautenschläger, responsable projet Cluster chez Airbus Defence and Space, au Centre européen d'opérations spatiales (ESOC) de l'ESA durant la campagne de lancement en 2000Gunther Lautenschläger explique : « L’idée est venue en lisant une contrainte opérationnelle, citée dans le manuel d’utilisation du PDU, consistant à essayer de scinder une commande en deux pour que chaque demi-commande actionne simultanément les LCL principal et redondant – ce qui ne se produit normalement jamais. Partant de là, nous avons ébauché une procédure de sauvetage potentielle, qui s’est heureusement avérée concluante ! »

Comme le rapporte l’ESA : « Finalement, le 1er juin, dans l’atmosphère très tendue de la salle de contrôle de mission, une série de commandes a été transmise. A l’immense soulagement général, ces ordres ont remis les interrupteurs sur « on » et le WEC récalcitrant est miraculeusement revenu à la vie ! Depuis, Cluster fonctionne à nouveau normalement et des mesures ont été prises pour éviter que cette situation ne se reproduise à l’avenir ».

« Lorsque tout se déroule comme prévu, l’exécution d’une mission peut devenir une routine », a déclaré Manfred Warhaut, responsable Mission Operations à l’ESA. « Mais lorsqu’un problème survient, en particulier s’il n’est pas prévu dans la documentation, vous êtes réellement content d’avoir sous la main une équipe d´experts aussi talentueux qu’efficaces pour sortir de l’ornière ! »

Et Heiner Sondermann de conclure : « Quand vous savez parfaitement ce que vous faites, le risque est permis d’explorer des voies détournées, surtout lorsqu’elles sont couronnées de succès ! »

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