SMILE (acronyme de ) est une mission spatiale développée conjointement par l'Agence spatiale européenne (ESA) et l'Académie chinoise des sciences (CAS), ayant pour but principal l'étude des interactions entre le bouclier magnétique de la Terre, la magnétosphère terrestre, et le vent solaire. SMILE va en effet pour la première fois obtenir des images du rayonnement X de la magnétogaine et des cornets polaires, grâce à un télescope grand angle. Ces observations seront effectuées de manière continue durant plus de grâce à une orbite elliptique haute culminant à . De plus, ces mesures seront combinées à des images simultanées des régions polaires dans l'UV, tout en mesurant in situ les caractéristiques plasma du vent solaire. Ces mesures ont pour but d'améliorer notre connaissance de l'interaction dynamique entre le vent solaire et la magnétosphère terrestre. Cette combinaison unique de mesures devrait permettre des progrès significatifs en météorologie de l'espace. Le lancement de la mission par une fusée Vega C a lieu le 19 mai 2026.

Historique du projet

Après le succès scientifique de la première mission spatiale conjointe sino-européenne (Double Star), l'Agence spatiale européenne et l'Académie des sciences chinoise décident de poursuivre cette collaboration entamée dans le domaine de l'étude de la magnétosphère terrestre en développant un nouveau projet. Après une série d'ateliers de travail, un appel à propositions a été lancé en . Une évaluation conjointe des reçues conduit à la sélection de la mission SMILE. Cette mission a été proposée par un consortium d'instituts de recherche mené conjointement par l'University College de Londres et le centre de sciences spatiales chinois situé à Pékin. De juin à , des études de faisabilité sont menées et le lancement d'une étude (Phase A) est décidée par le comité du programme scientifique de l'ESA en . Une demande d'information est lancée en auprès des industriels pour identifier les industriels intéressés par la fourniture du module supportant les instruments scientifiques. L'appel d'offres proprement dit doit être passé en 2016. La revue des exigences de la mission est complétée en .

En , le comité du programme scientifique de l'ESA donne son accord pour faire passer le projet en phase d'implémentation. Côté chinois SMILE fait partie, avec Einstein Probe GECAM et ASO-S, des quatre missions de la deuxième phase du programme spatial scientifique de l'Académie des sciences chinoise. Ce nouveau programme annoncé en est doté d'une enveloppe globale de de yuans ( d'euros). En Juin 2023, le project SMILE a franchi une étape clef en validant la revue critique de son design par un groupe d'experts européens et chinois à Shanghai. Cette étape permet au projet d'entrer dans la phase finale de son développement.

Objectifs scientifiques

Les objectifs de la mission sont les suivants : Étudier la réponse dynamique de la magnétosphère terrestre sous l'impact du vent solaire de manière globale ; Étudier la chaine complète des événements qui caractérisent la relation entre le Soleil et la Terre, en particulier le cycle des sous-orages magnétiques ; Étudier les orages magnétiques liées aux éjections de masse coronale.

Ces objectifs scientifiques sont présentés dans un article de la revue Reflets de la Physique par Dimitra Koutroumpa du Laboratoire Atmosphères Observations Spatiales (UVSQ, Université Paris-Saclay, Sorbonne Université, CNRS).

Déroulement de la mission

Lancement

Après un report de plus d'un mois du à des problèmes de dernière minute rencontrés sur le lanceur, SMILE est placé en orbite le 19 mai 2026 par une fusée Vega C (7ème tir de cette version) décollant depuis la base de lancement de Kourou. Le dernier étage Avum+ de la fusée Vega est allumé à deux reprises pour placer le satellite sur une orbite circulaire de 706 km avec une inclinaison orbitale de 70°. Après avoir largué cet étage, la sonde spatiale utilise ensuite son système de propulsion pour se placer sur une orbite haute elliptique de 5 000 x 121 000 km qu'elle parcours en 51 heures. Une fois cette orbite atteinte, le module de propulsion PM, qui représente l'essentiel de la masse au lancement, est largué.

Phase opérationnelle

La mission SMILE observera les interactions du vent solaire avec la magnétosphère terrestre grâce à des caméras à rayons X et UV appelées SXI et UVI, permettant de collecter des images et des vidéos de la magnétopause côté jour (où le vent solaire rencontre la magnétosphère), les cornets polaires (une région située dans chaque hémisphère où les particules du vent solaire ont un accès directe à l'ionosphère terrestre) ainsi que l'ovale auroral (région entourant chaque pôle magnétique et où se concentrent les aurores boréales). SMILE mesurera aussi des paramètres du plasma local ou in-situ grâce à ses deux instruments plasma, l'analyse d'ions LIA et le magnétomètre MAG. Ces instruments estimeront en particulier la densité, température, vitesse et distribution en énergie des ions du vent solaire, de la magnétogaine et de la magnétosphère tout en détectant les fluctuations du champ magnétique local DC.

SMILE doit atteindre une altitude suffisamment élevée pour voir la magnétopause terrestre côté jour dans son ensemble et obtenir en même temps une vue compète de l'ovale auroral. L'orbite choisie est de ce fait très elliptique et fortement inclinée (70 ou suivant le lanceur). SMILE atteindra une distance à l'apogée de son orbite équivalent au tiers de la distance Terre-Lune, soit , ou encore terrestres (et à 5000 km du pôle Sud). Ce type d'orbite permettra à SMILE de passer une grande partie de son temps (environ 80%) à haute altitude, où il sera le premier satellite à collecter ce type de données en continu durant plus de . Cette orbite limite aussi le temps passé dans les ceintures de radiations Van Allen.

Caractéristiques techniques du satellite

SMILE a une masse au lancement d'environ dont sans propergol (masse à sec). Une orbite de ce satellite dure 51h, ce qui permet d’observer les aurores boréales durant 45h consécutives. Il est composé de deux sous-ensembles: Le module de charge utile PLM (pour PayLoad Module) sous la responsabilité de l'Agence spatiale européenne comprend un panneau supportant trois des quatre instruments (SXI, UVI et MAG). La plateforme PF qui comprend de haut en bas le panneau portant l'électronique de la charge utile, le module de service (équipements de support) et le module de propulsion. Son développement est pris en charge par l'agence spatiale chinoise.

Plateforme

La plateforme PF a une masse totale de et une masse à sec de . Elle comprend le module de service et le module de propulsion.

Module de service

Le module de service dérive de ceux utilisés par des missions précédentes comme Beidou, DAMPE, HXMT et QUESS. Le module prend en charge le contrôle d'attitude du satellite qui est stabilisé sur trois axes. Il utilise à cet effet de quatre roues de réaction, trois viseurs d'étoiles, deux gyroscopes à fibre optique, des capteurs solaires, des récepteurs GPS et de deux grappes de six petits propulseurs ayant une poussée de . L'énergie est fournie par des panneaux solaires déployés en orbite d'une superficie de produisant . L'énergie est stockée dans une batterie lithium-ion d'une capacité de . Les commandes sont transmises par la station de contrôle au sol en avec un débit compris entre 2 et par seconde.

Module de propulsion

Le module de propulsion est situé à l'opposé de la charge utile et est fonctionnellement et physiquement distinct du module de service. Il est dérivé de composants existants, son moteur notamment a été mis au point pour la sonde spatiale . Il comprend quatre réservoirs sphériques ayant une capacité maximale de , alimentant un moteur-fusée unique qui brûle de l'hydrazine et fournit une poussée de avec une impulsion spécifique de . Le module de propulsion est chargé principalement de placer le satellite sur son orbite haute.

Instruments scientifiques

Module de charge utile PLF

La charge utile est composée de quatre instruments dont deux imageurs et deux instruments de mesure in situ. Trois des instruments (SXI, UVI et MAG) sont fixés sur le panneau de la charge utile et composent le module de charge utile PLF. L'instrument LIA est installé quant à lui sur la plateforme. La masse de PLF est et de sans les instruments. Le module de charge utile emportera aussi à son bord un système de communication dans la bande X qui transmet les données scientifiques collectées et les télémesures. Le module de charge utile PLF sera construit par Airbus .

Caméra rayonnement X doux SXI

SXI () est un télescope à rayons X de type , utilisant des détecteurs CCD afin de réaliser de l'imagerie dans une gamme d'énergie allant de 0,2 à avec un champ de vue étendu de . Le télescope est développé, construit et calibré par l'Université de Leicester (Royaume-Uni) ainsi que d'autres centres de recherche européens. Une partie du logiciel utilisé par SXI est développée en partenariat avec le centre de sciences spatiales chinois. Les CCD sont fabriqués par la société britannique e2v. La masse totale de SXI est de .

Caméra ultraviolet UVI

Le télescope ultraviolet UVI (UltraViolet Imager) est une caméra comprenant quatre miroirs guidant la lumière vers un détecteur CCD. UVI permet d'effectuer de l'imagerie ultraviolet dans une gamme de longueur d'onde allant de 160 à , chaque minute. Il aura un champ de vision de × . La masse totale de UVI est de . UVI est développé en partenariat entre l'Université de Calgary (Canada), le centre de sciences spatiales chinois en collaboration avec le Centre spatial de Liège en Belgique, l'Agence Spatiale Européenne, l'université de Calgary et l'institut de recherches polaires chinois.

Analyseur d'ions LIA

Le détecteur d'ions LIA () sera composé de deux analyseurs électrostatiques de type permettant la détection de protons et particules alpha dans une gamme d'énergie allant de à et une résolution temporelle pouvant atteindre . LIA déterminera les propriétés et la manière dont se propagent les ions du vent solaire et de la magnétogaine sous différentes conditions en mesurant les fonctions de distribution de vitesse en 3D des protons et particules alpha. Ces deux analyseurs seront montés de chaque côté du module de propulsion, contrairement aux trois autres charges utiles. Cet instrument est développé en partenariat entre le centre de sciences spatiales chinois, l'académie chinoise des sciences, le Mullard Space Science Laboratory de l'University College de Londres, et le Laboratoire de physique des plasmas (CNRS / École Polytechnique) en France. La masse totale de LIA est de .

Magnétomètre MAG

Le magnétomètre MAG () sera utilisé afin de déterminer l'orientation et l'amplitude du champ magnétique continu dans le vent solaire et la magnétogaine, et de détecter le front de choc terrestre et toute discontinuité magnétique croisée par le satellite. MAG sera constitué de deux détecteurs triaxiaux montés au bout d'un bras déployé en orbite d'une longueur de et séparés de . Le boitier électronique de l'instrument est monté sur le module instrument auquel le bras articulé est attaché. Cette configuration permet à MAG d'être utilisé comme un gradiomètre et de permettre de déterminer le champ magnétique généré par le satellite lui-même, afin de le soustraire des mesures. MAG mesure les trois composantes du champ magnétique dans la gamme ± . MAG est développé en partenariat entre le centre de sciences spatiales chinoise, l'Académie chinoise des sciences et l'institut de recherche spatiale autrichien, l'Académie autrichienne des sciences. La masse totale de MAG est de .

Groupes de travail

Plusieurs groupes de travail ont été mis en place afin d'aider à la préparation de la mission SMILE dont :

Science in-situ