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2021-01-22

Le 26 janvier 2021 marquera la fin de deux sessions de l'expérience RUBI dans le rack du Fluid Science Laboratory (FSL), à bord du module européen de la Station spatiale internationale (ISS). Le rack FSL peut accueillir des expériences pour l'étude de la dynamique des fluides dans l'espace, et RUBI (Reference mUltiscale Boiling Investigation) élargit nos connaissances sur le processus de l'ébullition. Au B.USOC (Belgian User Support and Operations Centre), les opérateurs étaient responsables de cet instrument complexe de l'ESA.

Après le succès de la première session de l’expérience RUBI, l'ESA a décidé d’en réaliser une deuxième afin d’augmenter la production scientifique, d’ajouter des points de réglage laissés de côté lors de la première session et d’essayer de nouvelles conditions plus proches des limites mêmes de ce que l'instrument pouvait réaliser. Par analogie avec  la lettre « X » associée au succès, RUBI-X était une évidence. La mission complète a accueilli 622 séries de mesures (chaque série exécuté 3 fois), créant ainsi une énorme quantité de bulles d'ébullition et enregistrant 12,5 TB d'images et de mesures scientifiques à bord. Les scientifiques disposaient ainsi de nombreuses données à analyser.

FSL rack
Le rack Fluid Science Laboratory dans le module Columbus de la Station Spatiale Internationale.
Crédits : ESA

Mardi, l'astronaute de la NASA, Shannon Walker, retirera le conteneur RUBI du rack FSL et installera le conteneur SMD pour la mission Soft Matter Dynamics (SMD) à venir qui donnera lieu à des sessions scientifiques supplémentaires étudiant l'évolution de la matière granulaire et des mousses en microgravité. Cette activité complexe de l'équipage est également coordonnée et soutenue en temps réel par les opérateurs du B.USOC.

Informations générales

Le B.USOC (Belgian User Support and Operations Centre) est responsable de la mise en œuvre de charges utiles européennes à bord de la Station spatiale internationale pour le compte de l'Agence spatiale européenne (ESA). Il fait le lien entre les scientifiques et l'environnement de l'ISS et est responsable de la préparation et de l'exploitation de ces expériences. Les opérateurs du B.USOC sont en contact avec d'autres centres de contrôle en Europe afin de s'assurer que ces expériences soient exécutées telles que prévues et selon les besoins des scientifiques. Les expériences commencent par une phase de mise en service qui nécessite une présence en console 24 heures sur 24 et 7 jours sur 7. Plus tard, au cours de la mission, cette présence peut être réduite.

Depuis le lancement du module Columbus en 2008, le B.USOC a été responsable d'une longue liste de charges utiles : Les plates-formes externes SOLAR et ASIM, le rack PCDF, le projet robotique METERON et FSL (Fluid Science Laboratory) qui peut accueillir une variété d'expériences, dont la dernière était RUBI (Reference mUltiscale Boiling Investigation) qui sera elle-même remplacée par CompGran-2 dans le conteneur Soft Matter Dynamics (SMD).

L'objectif de l'expérience RUBI est d'élargir nos connaissances sur le processus de l'ébullition dans un fluide. Sur Terre, l’observation de l’ébullition est rendue difficile par l’échappement des bulles suite à l’effet du principe d’Archimède. L'environnement en apesanteur de l'ISS est donc idéal pour étudier des phénomènes fondamentaux qui sont autrement cachés par les effets de la pesanteur. Le composant principal de RUBI est une cellule, contenant le fluide, qui est entourée de résistances chauffantes pour atteindre des températures proches de l'ébullition du fluide. Les instruments permettant de contrôler et de surveiller avec précision ce processus d'ébullition comprennent une plaque chauffante avec le site de nucléation où l'ébullition est initiée par un faisceau laser, une caméra noir et blanc à grande vitesse et une caméra infrarouge à grande vitesse permettant toutes les deux de capturer des images des bulles générées. À l'intérieur de la cellule contenant le fluide, une électrode donne la possibilité d'observer les effets d'un champ électrique sur les bulles ; une pompe permet de produire un flux de cisaillement pour étudier comment les bulles sont arrachées ; et, des capteurs permettant de mesurer la température au travers des bulles.

Avec RUBI et RUBI-X, 847 + 622 séries de mesures ont été effectuées, produisant plus de 12,5 TB de données qui sont actuellement en cours d'analyse par les scientifiques. Outre les valeurs télémétriques de chaque série scientifique, la plus grande partie de ces données provient des caméras à grande vitesse, noir et blanc et infrarouge, qui  surveillent le processus d'ébullition. L'accès en temps réel aux images envoyées vers le centre de contrôle pour évaluer le progrès et le succès de chaque essai, permet d’avoir une vue des plus exquises de bulles en apesanteur,  pour le plus grand bonheur de l'opérateur en console. Pour que les scientifiques puissent faire face à cette quantité de données, l'automatisation pour l’extraction et le traitement des données fut essentielle.

La prochaine expérience FSL, CompGran-2, aura lieu fin janvier 2021, débutant par une phase de mise en service durant laquelle les opérateurs seront en console 24h/24 et 7j/7 pour tester en profondeur tous les sous-systèmes de l'expérience. CompGran-2 est une reconduction de l'expérience « Compacted Granular »  menée pour la première fois en 2018.

Contribution belge

La contribution belge va au-delà des opérations spatiales :

  • L'Université Libre de Bruxelles fait partie de l'équipe de recherche de RUBI (ULB- Transferts Interfaces et Processus, Prof. P. Colinet).
  • Lambda-X, à Nivelles, a participé au développement de l'optique de RUBI et de SMD.
  • Space Applications Services, à Zaventem, a développé la nouvelle unité de gestion vidéo du FSL.
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Bulle d'ébullition générée en apesanteur dans le cadre de l'expérience RUBI, taille réelle ~4mm.
Crédits : B.USOC/ESA
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À l’intérieur du module Columbus.
Crédits : ESA
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Opérations depuis le centre de contrôle du B.USOC.
Crédits : B.USOC