L'instrument ICARE dans le cadre des missions CARMEN mesure les radiations solaires et cosmiques atteignant des satellites en orbite autour de la Terre et au-delà. Dans un double intérêt : scientifique (amélioration des modèles d’environnement) et pragmatique (restitution de l’environnement radiatif rencontré par la mission).

Chiffres clés

• 4 : nombre de satellites actifs ayant CARMEN à bord
• 1 à 4 modules d’instruments dans l’expérience
• 2,4 à 5,3 kg : masse de l’expérience ICARE
• 20 cm : plus grande dimension de l’expérience

Dates clés

• Date à déterminer : Lancement à bord du plateau ERSA de l’ESA sur le Lunar Gateway
• 3 novembre 2022 : Lancement à bord du satellite HOTBIRD 13G par Falcon9 (CARMEN-5)
• 15 octobre 2022 : Lancement à bord du satellite HOTBIRD 13F par Falcon9 (CARMEN-6)
• 20 juin 2019 : Lancement à bord du satellite EUTELSAT 7C par Falcon9 (CARMEN-4)
• 17 janvier 2016 : Lancement à bord du satellite Jason-3 par Falcon 9 (CARMEN-3)
• 10 juin 2011 : Lancement à bord du satellite SAC-D par Delta II (CARMEN-1)
• 20 juin 2008 : Lancement à bord du satellite Jason-2 par Delta II (CARMEN-2)

Le projet en bref

CARMEN (CARactérisation et Modélisation de l'Environnement) est un instrument modulable dédié à la mesure de l'environnement spatial (particules radiatives de hautes et de basses énergies, micro-débris…) et de ses effets.

CARMEN a été en orbite depuis 2008 à 1 336 km d’altitude sur le satellite altimétrique Jason-2 (CARMEN-2). CARMEN-2 était constitué d’un moniteur de radiations ICARE-NG.

Un autre modèle de vol équipait SAC-D lancé en 2011 (CARMEN-1). CARMEN-1 était constitué d’un moniteur de radiations ICARE-NG et de trois détecteurs de micro-débris spatiaux SODAD sur 3 faces du satellite.

Un 3^e s’est envolé à bord de Jason-3 le 17 janvier 2016 (CARMEN-3). CARMEN-3 est constitué d’un moniteur de radiations ICARE-NG et d’un détecteur de plasmas AMBRE.

La quatrième mission, CARMEN-4, a vu l’emport d’un ICARE-NG sur le satellite EUTELSAT 7C, lancé le 20 juin 2019 vers l’orbite géostationnaire avec mise à poste électrique. C’est la première fois que des mesures sont effectuées sur ce type de trajectoire.

Les exemplaires les plus récents de l’expérience CARMEN (instrument ICARE-NG²) se trouvent à bord des satellites HOTBIRD 13F et 13G d’EUTELSAT 7C, lancés le fin 2022 (CARMEN-5 et 6) et mis à poste en orbite géostationnaire par propulsion électrique. ICARE-NG² est équipé d’un senseur spécialement conçu pour mesurer la part de l’environnement responsable des dégradations des générateurs solaires en orbite de transfert.

Pourquoi embarquer CARMEN à bord de ces satellites ?

En orbite basse, leur altitude et leur inclinaison d'orbite les conduit à traverser régulièrement pendant plusieurs minutes l'Anomalie de l'Atlantique Sud. Cette zone est caractérisée par la présence, à relative basse altitude, de particules particulièrement agressives (électrons et protons de hautes énergies notamment) susceptibles de perturber leurs instruments extrêmement précis. En mesurant les radiations émises par ces particules, CARMEN aide à évaluer, et si besoin à corriger, leurs effets sur les équipements, par exemple sur Doris embarqué sur Jason-2 et -3.

En ce qui concerne les satellites géostationnaires et en particulier les phases de mise à poste électrique, CARMEN permet de caractériser un environnement peu connu faute missions dans ces zones. Cet environnement s’avère variable et pour certaines composantes, plus agressif que les estimations des modèles de spécification. De plus cette contrainte est reçue en début de mission, avant la mise à poste. CARMEN fournit ainsi une « boîte noire » qui permet d’enregistrer le niveau de contrainte reçu.

CARMEN a également un intérêt scientifique. Les flux de particules chargées calculés donnent des points d'entrée pour la validation et l'amélioration des modèles physiques des ceintures de radiation, dites aussi ceintures de Van Allen. Ces modèles sont utilisés en retour pour spécifier les contraintes orbitales des satellites lors de leur conception.

Rôle du CNES dans le projet

Concepteur et maître d’œuvre de l'instrument, le CNES a confié la réalisation des modèles de vol CARMEN-2 (présent sur Jason-2) et CARMEN-3 (sur Jason-3) à la société EREMS. Dans le cas de CARMEN-1 (sur SAC-D), EREMS a réalisé l'instrument principal ICARE-NG et STEEL Electronique, les 3 sous-systèmes SODAD dédiés à la détection de micro-débris et de micrométéorites. Le CNES est maître d’œuvre instrument pour l’expérience CARMEN-4.

Pour tous les instruments ICARE l’ONERA (DPHY) a été et est co-investigateur scientifique avec le CNES en contribuant à la définition des détecteurs et à l’exploitation des mesures.

CARMEN-5 et -6 sont des instruments jumeaux le premier approvisionné par le CNES, le second par l’ESA dans le cadre de la contribution française au programme S2P (Space Safety Program), pour les deux satellites jumeaux HOTBIRD 13F et 13G. Le CNES était maître d’œuvre de CARMEN-5. Dans le cadre du programme S2P et CARMEN-6 le prime contractor était l’ONERA avec le CNES en support pour la maîtrise d’œuvre.

Le même montage est en cours pour CARMEN-7 destiné au Lunar Gateway dans le cadre de notre contribution au programme S2P. Il sera aussi mis en place pour un futur CARMEN-9 destiné à l’orbite basse dans le cadre de S2P.

Notons que suite à CARMEN-5 et -6 et à l’aménagement sur les HOTBIRD construits par AIRBUS Defense and Space, AIRBUS propose ICARE-NG² comme équipement optionnel sur ses plateformes géostationnaires. Un modèle « CARMEN-8 » a été ainsi commandé directement chez EREMS (qui a maintenant la maturité sur la maîtrise d’œuvre), par la Défense Anglaise pour Skynet 6. Le CNES aura donc contribué aussi à la création d’une filière industrielle.

Contacts CNES

Chef de Projet CNES
Robert ECOFFET
Courriel : robert.ecoffet at cnes.fr

Responsable thématique (SHM) Soleil, Héliosphère, Magnétosphères du CNES
Kader AMSIF
Courriel : kader.amsif at cnes.fr