AstronautiX, un Centre spatial étudiant à l’École polytechnique

Dans l’Utah, accueillis par la Mars Desert Research Station, essais de la 1ère combinaison imprimée en 3D conçue  par les étudiants.

Le Centre spatial étudiant (CSE) de l’École polytechnique se nomme AstronautiX, un nom hérité de l’association historique d’astronomie du campus. Son objectif est, depuis 2011, de créer un écosystème spatial à l’École polytechnique afin d’utiliser ce domaine comme un outil éducatif, de préparer les élèves à l’industrie et la recherche spatiale et de positionner l’École polytechnique comme acteur important dans ce domaine.

Le CSE propose, coordonne, encadre ou accompagne les projets étudiants de l’École polytechnique ayant trait au secteur spatial. Ces projets sont réalisés en partenariat avec des laboratoires français ou internationaux, tels que les laboratoires LPP (Laboratoire de Physique des Plasmas), LMD (Laboratoire de Météorologie Dynamique), LATMOS (Laboratoire Atmosphères, Milieux, Observations Spatiales) ou le VKI, avec des entreprises privées ou des organismes publics comme le CNES, l’ONERA, Thales Alenia Space et ArianeGroup entre autres, ainsi qu’avec de nouveaux acteurs du secteur spatial à fort potentiel de développement tels que ThrustMe, Share My Space ou encore Mars City Design. 

En moyenne, le Centre spatial étudiant AstronautiX regroupe chaque année 12 à 14 projets spatiaux de différentes ambitions, du CubeSat aux études initiales de futurs projets potentiels. Ces projets regroupent 15% des élèves polytechniciens de deuxième année de chaque promotion. L’équipe d’encadrement comporte une ingénieure à temps plein, deux doctorants en monitorat, ainsi que plusieurs élèves eux-mêmes, de deuxième ou troisième année.

Les projets du CSE font appel aux nouvelles technologies et participent efficacement à la formation des futurs ingénieurs. Ils permettent de développer les compétences des étudiants en ingénierie des systèmes, en ingénierie spatiale, et dans les différents aspects (gestion, innovation et recherche) du développement de projets complexes. D’autre part, ils sont essentiels pour affirmer la présence de l’École polytechnique tant au niveau académique que mondial dans ce domaine d’excellence.

Chaque année, grâce à ses partenaires, AstronautiX propose aux élèves 15 à 20 projets spatiaux abordant une multitude de thématiques comme la gestion des débris spatiaux, la propulsion plasma, l’étude de l’atmosphère et de la magnétosphère terrestre ou d’autres planètes ou encore l’installation d’une communauté humaine sur Mars. Parmi les projets en cours, nous comptons par exemple un nanosatellite, un ballon scientifique, une fusée ou encore diverses charges utiles. Les activités menées par les étudiants sont diverses, entre analyses de données spatiales, modélisation, fabrication et expériences.

Le satellite X-CubeSat a été mis en orbite à 400 km d’altitude le 17 mai 2017 depuis la Station Spatiale Internationale, après six années de développement encadrées par Gérard Auvray. 66 étudiants et étudiantes de deuxième et troisième année se sont relayés sur ce projet avec l’aide de plusieurs ingénieurs et ont construit ce double CubeSat de A à Z. Ce nanosatellite contribue à la recherche scientifique au sein du projet QB50, une constellation internationale de 36 nanosatellites, dirigée par le VKI. Son développement a été financé par le CNES (via son programme JANUS) et l’École polytechnique. Le rôle de X-CubeSat est d’analyser le taux d’oxygène atomique dans la thermosphère, l’une des couches atmosphériques les moins étudiées. Il a terminé sa mission le 4 février 2019, en se consumant dans l’atmosphère. Ce projet a permis de former les élèves au développement d’un projet complexe et multidisciplinaire. Grâce à cette mission, on a pu obtenir et suivre des données télémétriques issues du satellite en orbite. Actuellement, ces données sont analysées pour que ce retour d’expérience profite à nos nouveaux projets et à la communauté dans son ensemble.

Encouragé par ce succès, le CSE a lancé un nouveau projet de nanosatellite en septembre 2017. Cette fois, les élèves du projet IonSat développent un CubeSat à propulsion électrique, en collaboration avec le LPP et ThrustMe et toujours avec le soutien du CNES (programme JANUS). IonSat est un CubeSat de 6 unités standards et devrait utiliser un module de propulsion développé par ThrustMe. Une analyse de mission pour ce satellite a été présentée en décembre 2018 à la conférence 10th European CubeSat Symposium à Toulouse.

En 2018 le CSE a réalisé des prototypes de charges utiles pour de futures missions CubeSat. Un projet en collaboration avec l’ONERA, ESD-CubeSat, a pour objectif de quantifier l’influence des décharges électrostatiques sur les dysfonctionnements des satellites. L’autre projet, en collaboration avec la start-up Share My Space, vise la détection des débris spatiaux.

Les étudiants montrent aussi un grand intérêt pour les missions humaines dans l’espace. Un groupe a ainsi conçu et testé la première combinaison étudiante imprimée en 3D dans l’Utah du 16 au 31 décembre 2017. La Mars Society a sélectionné ce prototype de combinaison martienne pour prendre part aux expériences de la 
Mars Desert Research Station (MDRS). Cette station grandeur nature dans le désert de l’Utah héberge des ingénieurs et des chercheurs pour qu’ils réalisent des missions en conditions martiennes simulées grâce au terrain géologique du désert de l’Utah proche de celui de la planète rouge.

Des étudiants du CSE ont également gagné les éditions 2017 et 2018 du concours Mars City Design. Ce concours organisé depuis la Californie réunit les principaux experts, chercheurs et ingénieurs s’attachant à résoudre certains des défis les plus innovants d’une future base martienne. Une équipe a remporté la compétition dans la catégorie transport en 2017 avec le projet Around Mars in 80 days ; une autre équipe en 2018 avec le projet Marsupilami.

En collaboration avec des laboratoires scientifiques, le CSE propose régulièrement des sujets d’expériences embarquées dans des ballons atmosphériques. Cette année, le projet Destiny – Ballon vénusien, proposé par David Mimoun (ISAE-SUPAERO), et ayant pour objectif de sonder la structure interne de Vénus via des études sismologiques (études des infrasons dans l’atmosphère de la planète), a été sélectionné par le programme BEXUS de l’ESA pour effectuer un vol d’essais sur Terre en octobre 2019. 

Le projet du CSE Plasma Mars est également né en collaboration avec le Laboratoire de Physique des Plasmas de l’École polytechnique. L’objectif est de développer un réacteur à plasma froid particulièrement adapté à l’atmosphère martienne qui serait capable de produire du dioxygène à partir de dioxyde de carbone en consommant relativement peu d’énergie. De premiers résultats ont été présentés à la conférence 2nd Symposium on Space Education Activities de l’ESA en 2018.

Bien implanté auprès des étudiants, le Centre spatial étudiant de l’École polytechnique va aujourd’hui grandir en servant de support à de nouveaux cours proposés aux étudiants du cursus polytechnicien. Des sponsors et partenaires sont activement recherchés pour changer encore d’échelle et devenir une vraie plateforme pérenne d’éducation et de recherche spatiale à l’École polytechnique.