Une constellation de satellites

La mission SWARM est constituée d'une constellation de 3 satellites semblables destinés à étudier le champ magnétique terrestre.

Pour optimiser l'utilisation des 3 satellites et obtenir les résultats voulus avec la mission SWARM la constellation de satellites est répartie comme telle :

• 2 satellites volant côte à côte (séparation en longitude à l'équateur de l'ordre de 150 km) en orbite polaire basse à une altitude de 460 km en début de vie, suivant une inclinaison de 87,35°.
• 1 satellite en orbite polaire haute à une altitude de 530 km en début de vie, suivant une inclinaison de 87,95°.
• 2 plans orbitaux avec deux inclinaisons quasi-polaires permettant une dérive de l'heure locale.
• Une couverture quasi-globale.

Trois satellites identiques

• Dimensions : 9,1 mètres de long (y compris le mât déployable de 4 mètres), 1,5 mètre de large, 0,85 mètre de haut.
• Masse totale de chaque satellite : 473 kg au lancement.
• Durée nominale de la mission : 4 ans.
• Orbite : Les satellites sont sur des orbites quasi polaires. Deux d'entre eux naviguent en tandem, passant naturellement d'une altitude de 460 km initialement à 300 km en fin de mission. Le troisième, à une altitude initiale de 530 km, est sur une orbite qui produit une dérive relative de l'heure locale.
• Charge Utile : Magnétomètre vectoriel (VFM) couplé à une caméra stellaire (STR), magnétomètre scalaire absolu (ASM), Instrument champ électrique (EFI), accéléromètre (ACC), rétro-réflecteur laser (LRR) et GPS.
• Consommation : instruments : 50 W, plateforme : 140 W.
• Volume de données fourni par jour et par satellite : 1,8 Gbit.
• Capacité de stockage des données : 2 x 16 Go.

Paramètres orbitaux

Les 3 satellites suivent des orbites non héliosynchrones, quasi polaires, quasi-circulaires avec les paramètres suivants :

• SWARM-A
  • Altitude (en début de vie (Begin Of Life : BOL) : 460 km
  • Altitude (en fin de vie (End Of Life : EOL) : ~300 km
  • Excentricité : ~0
  • Inclinaison (BOL) : 87,35°
  • RAAN (Right ascension of Ascending Node) : X
• SWARM-B
  • Altitude (BOL) : 460 km
  • Altitude (EOL) : ~300 km
  • Excentricité : ~0
  • Inclinaison (BOL) : 87,35°
  • RAAN : X + 1,4°
• SWARM-C
  • Altitude (BOL) : 530 km
  • Altitude (EOL) : ~480 km
  • Excentricité : ~0
  • Inclinaison (BOL) : 87,95°
  • RAAN : Y

Une constellation de boussoles

Sur chacun des satellites de la mission SWARM, le champ magnétique est mesuré par la combinaison de trois instruments : un magnétomètre vectoriel relatif (VFM, pour Vector Field Magnetometer), qui mesure les composantes du champ magnétique selon trois directions perpendiculaires ; une caméra stellaire (STR), qui restitue l'attitude de ce champ dans l'espace ; et un magnétomètre absolu (ASM pour Absolute Scalar Magnetometer) qui mesure l'intensité du champ de manière absolue avec une extrême précision.

Boussoles spatiales

Chacun des satellites de la constellation SWARM est équipé d'un dispositif d'instruments comparable à une boussole en trois dimensions, capable de fournir des mesures précises à la fois de l'intensité et de la direction du champ magnétique. En outre, un accéléromètre et un instrument de mesure du champ électrique fournissent des informations supplémentaires sur l'état de l'environnement ionosphérique dans lesquels ils évoluent.

Pourquoi une constellation ?

Au début de leur vie en orbite, les trois satellites se trouvent relativement près les uns des autres. Deux d'entre eux volent en tandem à la même altitude (environ 460 km initialement) selon une inclinaison de 87,35° ; cette altitude décroît naturellement jusqu'à 300 km environ en fin de mission.

Le troisième satellite est positionné à une altitude plus élevée (530 km au début de la mission), avec une inclinaison légèrement différente (87,95°).

Les orbites des satellites dérivent et, de fait, le satellite le plus haut croise la trajectoire des deux autres, selon un angle de 90°, au cours de la troisième année d'exploitation. Ainsi, des données sont acquises simultanément à des altitudes et heures locales différentes, ce qui aide à discerner les effets des différentes sources du champ magnétique.

Un design original

Les trois satellites SWARM ont une forme trapézoïdale, inhabituelle pour des satellites, avec un long mât déployé dès leur mise en orbite. Ce design original répond à plusieurs défis : réduire la traînée aérodynamique sur ces orbites basses, rendre la charge utile la plus compacte possible pour pouvoir embarquer les trois satellites dans la coiffe du lanceur Rockot, mais aussi répondre aux exigences de propreté magnétique inhérentes à la mission.

Développé pour le compte de l'ESA par un consortium industriel conduit par EADS-Astrium GmbH, chaque satellite mesure environ 9 mètres de long, mât compris, et affiche une surface frontale d'environ 1 m², ceci afin de réduire la traînée aérodynamique et la quantité de propergol gaz nécessaire à son maintien à poste.

Le mât est pointé dans le sens opposé au vol. En effet, l'instrument de mesure du champ électrique (EFI), placé sur la face avant du corps du satellite, doit pouvoir sonder le plasma ionosphérique sans être gêné par le sillage du satellite.

Lorsque le mât est déployé, le satellite n'a plus aucun élément mobile. En particulier, les panneaux solaires sont fixes, ceci afin de ne pas perturber les mesures effectuées par l'accéléromètre installé au centre du satellite.

Enfin, chacun des magnétomètres scalaires absolus (ASM) a été installé en bout de mât, afin d'être éloigné au maximum des perturbations magnétiques générées par les équipements du corps du satellite. Le banc optique qui supporte le magnétomètre à saturation de flux (VFM), ainsi que les trois senseurs stellaires sont quant à eux montés sur la partie médiane du mât.