Skip to main content

Daedalus: gestion du réchauffement pendant la plongée dans l’atmosphère

Research Topic Chapter
News flash intro
La mission Daedalus se propose d’étudier la haute atmosphère et la basse ionosphère de la Terre en plongeant dans l'atmosphère autour du périgée de son orbite et en remontant régulièrement pour compenser les pertes dues à la friction atmosphérique. L’IASB étudie un instrument pour cette mission: le capteur de vent neutre transversal (CWS). L'enjeu pour cette mission et cet instrument en particulier est de gérer le réchauffement dû à la friction atmosphérique à basse altitude. Un concept thermique intelligent aide à limiter la température de l'instrument.
Body text

La mission Daedalus

La mission Daedalus est candidate à Earth Explorer 10, un volet du programme d’observation de la Terre de l’ESA. Son but est d’étudier l’atmosphère terrestre dans la région située entre 100 et 200 km d’altitude, dénommée l‘«ignorosphère» car elle est trop haute pour être étudiée avec des ballons et trop basse pour maintenir un satellite à cette altitude en raison de la friction atmosphérique.

La solution adoptée est de choisir une orbite elliptique et de plonger dans l'atmosphère à chaque passage de son périgée. Lors de tels passages, la friction atmosphérique augmente et culmine autour du périgée à 115 km d'altitude. En dessous de cette altitude, la densité atmosphérique augmente très rapidement, de même que les forces de traînée sur le satellite.

Le capteur de vent transversal neutre (CWS)

Le capteur de vent transversal est conçu pour mesurer les composantes de la vitesse du vent dans le plan perpendiculaire à la vitesse du satellite. Associé au capteur de vitesse le long de l’orbite, un instrument séparé, cela permet d’obtenir les composantes verticale et horizontale de la vitesse du vent, après correction de la vitesse propre du satellite. Les vents peuvent atteindre quelques km/s dans la haute atmosphère.

Le principe est basé sur la mesure de la différence de pression entre deux paires orthogonales de volumes de mesure. La pression dans chaque volume est mesurée au moyen d'une jauge d'ionisation, qui est un type standard de capteur de pression utilisé dans les applications industrielles et spatiales. Au cours d'une étude de phase 0, nous avons développé un premier concept d'instrument et nous avons acquis une expertise dans la manipulation de la jauge d'ionisation.

Le problème thermique

Le CWS doit «sentir» le vent alors qu'il se déplace à une vitesse d'environ 7 km/s dans la haute atmosphère près du périgée. Parce que la densité atmosphérique n'est pas négligeable à 115 km d'altitude, une vitesse relative aussi élevée entre le satellite et l'air entraîne une force de friction. Une partie de l'énergie inhérente au mouvement du satellite est convertie en chaleur, en particulier à l'avant de celui-ci, où se trouvera le CWS.

Un modèle thermique a été développé pour évaluer l'effet de ce réchauffement de l’instrument par friction atmosphérique. Ce modèle a aidé à déterminer le matériau et l'épaisseur des parois nécessaires pour conduire cette chaleur vers la plaque de base de l'instrument et le châssis du satellite. Un problème important est que la paroi intérieure des volumes de mesure doit être à température constante pour faciliter l’interprétation correcte des mesures. Les volumes auront donc une double paroi séparée par une couche d'isolation.

Perspectives

En automne 2020, Daedalus a réussi une évaluation majeure. Des travaux supplémentaires sont maintenant nécessaires pour arriver à un prototype d'instrument fonctionnel.

 

Pour en savoir plus

European Space Agency. (2020). Report for Assessment: Earth Explorer 10 Candidate Mission Daedalus. European Space Agency, Noordwijk, The Netherlands, ESA-EOPSM-DAED-RP-3793.

Figure 2 body text
Figure 2 caption (legend)
Conception du capteur de vent neutre transversal pour Daedalus (Crédit: IASB)
Figure 3 body text
Figure 3 caption (legend)
Le satellite Daedalus (en haut) et le flux de chaleur qu'il subit sur sa surface à 115 km d'altitude (CWS est le grand objet circulaire). (Crédit: ESA / VKI / IASB)
Figure 4 body text
Figure 4 caption (legend)
Le satellite Daedalus et le flux de chaleur qu'il subit. Il en résulte une augmentation de la température sur la partie supérieure du capteur. (Crédit: ESA / VKI / BIRA-IASB)