Les satellites sont devenus des outils incontournables de notre quotidien : mesures diverses, en particulier pour les prévisions météo, transmission de signaux, géolocalisation… Ces objets, qui restent quand même coûteux à concevoir et à disposer sur leur orbite de travail, évoluent dans un environnement potentiellement hostile. Le gaz qui les entoure est un plasma : il est constitué de particules chargées, ions et électrons, et les satellites peuvent se charger électriquement. Mais alors, entre les différentes parties du vaisseau et entre le vaisseau et le plasma, peuvent apparaître des différences de potentiel qui conduisent à la formation d’arcs électriques. Ces arcs sont susceptibles d’endommager la structure, en particulier de brûler les panneaux solaires qui permettent l’apport en énergie, ou des dispositifs embarqués et donc de compromettre la réussite de la mission.
Les industriels qui conçoivent les satellites cherchent donc à prévenir ces phénomènes destructeurs au moyen de divers dispositifs limitant la charge. Leur réflexion s’appuie sur un travail d’expérimentation numérique qui requiert :
- la mise en équations du phénomène de charge, les détails de ces équations dépendant des caractéristiques de la mission (l’altitude de l’orbite conditionne la nature du plasma environnant),
- la conception et la mise en œuvre d’algorithmes performants de résolution de ces équations.
En collaboration avec des équipes des universités de Nice Sophia Antipolis, de Lille et d’Inria, les chercheurs de la société Thalès Alenia Space ont développé un outil de simulation de ces problèmes de charge, qui les aide à dimensionner les équipements de protection. L’algorithme repose sur une interprétation originale des équations, qui permet de réaliser un calcul précis aux abords des surfaces du satellite pour un temps de calcul considérablement réduit par rapport à d’autres méthodes. Cet outil est régulièrement enrichi pour prendre en compte des phénomènes physiques plus complexes, mais aussi pour tester des solutions techniques innovantes de prévention des risques.
Brève rédigée par Thierry Goudon (Inria Sophia Antipolis).
Pour en savoir plus :
- Présentation du projet de recherche «Modeling and Simulation of Spacecraft Charging» dans Mathematics and Industry Success Stories de l‘European Science Foundation [En anglais].
- N. Vauchelet, J.P. Dudon, C. Besse, T. Goudon (2010), «Comparison of Vlasov solvers for spacecraft charging simulation». ESAIM : Modélisation Mathématique et Analyse Numérique, Vol. 44, No. 1, pp. 109-131 [En anglais].
- Les différentes défaillances des satellites dues aux effets électromagnétiques et corpusculaires du Soleil.
- Un challenge lancé par la NASA sur le positionnement des panneaux solaires
- Les brèves sur le ramassage des débris spatiaux et sur les trajectoires d’Ariane
Crédits image : NASA.
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