NanoMagSat est un projet de constellation de 3 nanosatellites 16U en orbite basse pour l’observation du champ magnétique terrestre et de l’environnement ionosphérique. Initié en 2015 par l’IPGP et le CEA-Léti à Grenoble, le projet a pris une tournure internationale avec la participation de l’Université d’Oslo (fournissant les sondes de Langmuir) et la société OpenCosmos au Royaume Uni (plateforme, GNSS et opérations) dans le cadre d’une réponse à l’AO du programme Scout de l’ESA. Après une première sélection pour une phase de consolidation réalisée en 2020, le projet a bénéficié d’une phase de Risk Retirement Activities débutée en Janvier 2022 qui doit s’achever fin Septembre 2023. Il est maintenant attendu que l’ESA prenne une décision sur l’implémentation de la mission avant la fin de 2023, pour un lancement envisagé en 2027. La constellation comporte un satellite en orbite polaire (altitude environ 570 km, inclinaison de l’ordre de 87°) et deux satellites sur deux orbites inclinées à 60° (également à 570 km d’altitude) déphasés de 6h00 en heure locale, afin de balayer ces heures locales rapidement et améliorer le retour scientifique par rapport à la mission Swarm. La charge utile comportera :
- une version miniaturisée (MAM) du magnétomètre absolu de Swarm développé par le CEA-Léti, fonctionnant simultanément en mode vectoriel à 1 Hz, et en mode scalaire « Burst » à 2kHz, placé à l’extrémité d’un bras sur un banc optique avec des caméras stellaires (STR) développées par le DTU pour une excellente restitution d’attitude et capables de fournir aussi des mesures de flux de protons énergétiques (>100 MeV)
- un magnétomètre vectoriel relatif à haute fréquence (HFM), également développé par le CEA-Léti, placé à mi-bras, qui fournira des données magnétiques vectorielles à 2kHz (complétant les données scalaires acquises à 2kHz par le MAM)
- une sonde de Langmuir de type multi-needle (m-NLP), fournie par l’Université d’Oslo pour mesurer la densité électronique locale à 2kHz et la température électronique à 1 Hz
- deux sondes GNSS bi-fréquence pour garantir 1) la reconstruction de l’orbite du satellite avec la précision nécessaire, 2) la fourniture d’une référence de temps suffisamment précise, 3) l’accès aux données nécessaires à l’accès au TEC, à des mesures de scintillation et à des mesures de profils ionosphériques par occultation.
Comme l’ont déjà montré des simulations avancées, le choix de la charge utile et le concept de la constellation permettront d’atteindre de très nombreux objectifs scientifiques :
- Etudes des différentes composantes du champ magnétique terrestre et de leur variations temporelles rapides, pour ensuite en exploiter les informations pour de nombreuses applications : champ principal produit par la dynamo terrestre, champ lithosphérique, champ ionosphérique, champ magnétosphérique, champs produits par les marées océaniques, champs produits par les courants induits.
- Etudes de l’environnement ionosphérique, d’abord globalement et à grande échelle, en couplant observations GNSS (TEC, Profils par occultation, scintillation) avec les informations reconstruites à partir des whistlers à très basse fréquence (10 Hz à 1kHz) produits par des éclairs dans la troposphère et atteignant les satellites après avoir traversé l’ionosphère sous les satellites, ensuite localement et à petite échelle, grâce à des mesures de température électronique (1Hz) et des mesures à haute fréquence (2kHz) de la densité électronique et du champ magnétique.
NanoMagSat vise donc à démontrer qu’il est possible d’atteindre avec des constellations de nanosatellites des objectifs scientifiques jusqu’à présent uniquement atteints par des missions ESA de classe Earth Explorer (cas de Swarm). NanoMagSat pourrait ensuite mener au développement d’un réseau de nanosatellites bon marché étendant vers l’espace le réseau INTERMAGNET des observatoires magnétiques terrestres pour suivre au long terme l’évolution du champ magnétique terrestre et de l’environnement ionosphérique, offrant d’importantes perspectives scientifiques et sociétales.