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Les missions spatiales

L'exploration du système solaire (III)

La Lune

Parmi les missions spatiales prioritaires, la Lune occupe une place de choix. En 2016, on recensait 93 missions lunaires dont plusieurs sont toujours actives : Change'2 mais qui n'étudie plus la Lune depuis 2011, Artemis et LRO tandis que 9 autres missions sont planifiées jusqu'à en 2025 (Chang'e 4, Chandrayaan-2, Chang'e 5, Luna-25, Luna-26, Luna-27, Chang'e 6, Luna-28 et Luna-29). La Lune est le corps céleste qui a été le plus visité.

La prochaine grande mission spatiale reste la base lunaire. Le président américain George Bush annonça en 1989 : "Avant 20 ans, nous retournerons sur la Lune". En proclamant son institution en présence des trois héros de l'aventure lunaire, Armstrong, Collins et Aldrin, l'ancien président des Etats-Unis faisait resurgir le rêve américain et avec lui toute l'ambition de l'humanité : la conquête de l'espace.

Un rêve devenu réalité ! Qui l'eut cru... Eugène Cernan posant pour la postérité et aux commandes du rover d'Apollo 17. Documents NASA Images. Notez que des photographies en haute résolution, des documents authentiques ainsi que des maquettes sont disponibles auprès de Moonpans.

Pour répondre à cette ambition, la NASA devait trouver un budget d'au moins 150 milliards de dollars, 50 % de plus que le programme Apollo. Car n'oublions pas qu'à côté de cela les programmes de surveillance de la Terre restent dans la course. Ensemble ils grèvent le budget américain de 2.5 milliards de dollars. Se greffe sur cette difficile gestion budgétaire le fait que les scientifiques doivent jouer des coudes pour conserver leurs projets et démontrer leur utilité aux sénateurs. Souvent peu convaincu, le Congrès sacrifie régulièrement quelques missions spatiales voire des programmes complets, tel SETI. Cette fois le Congrès américain refusa de financer le projet d'habitation permanente sur la Lune et l’exploration humaine de Mars.

En 2004, le président Bush, Jr remis le projet de son père sur le bureau du Congrès et annonça que l'homme débarquerait sur la Lune en 2015. Nous savons aujourd'hui que le projet est déjà postposé d'au moins 10 ans et dans la foulée le président Obama annula le programme Constellation, forçant la NASA et ses contractants à plancher sur d'autres lanceurs dont les Falcon de SpaceX.

Mais tel le Phoenix qui renaît de ses cendres, la NASA (USA), la RFSA (Russie), l'ESA (Europe), la JAXA (Japon), l'ISRO (Inde) et la CASC (Chine) planifient de concert les prochaines étapes qui leur permettront de poser les briques de leur base de lancement permanente à partir de la Lune. Notre satellite n'ayant pas d'atmosphère, certains astronomes envisagent même d'y installer des bases scientifiques équipées de télescopes et de radiotélescopes. Après l'avoir ignorée pendant vingt ans, cette plate-forme est une étape obligatoire si l'on envisage poursuivre l'exploration spatiale avec des missions habitées, notamment vers Mars et les astéroïdes. On en reparlera vers 2035.

Mars

Le magnifique cratère d'impact Victoria situé près de l'équateur martien, photographié en 2006 à 269 km d'altitude par l'Orbiter de la mission MRO. Ce cratère qui mesure environ 800 m de diamètre est un site de premier choix pour étudier les différentes strates et l'évolution du sous-sol martien. La rover Opportunity l'examina en 2006. Document NASA.

Depuis l'avènement de la conquête spatiale, Mars a été approchée ou visitée par 42 sondes spatiales, elle vient juste derrière la Lune en quantité mais plus des deux tiers des missions ont échoué ! Dans son grand programme d'exploration de Mars, la NASA a confié au Télescope Spatial Hubble la mission d'étudier la météorologie martienne à long terme. Avant d'envoyer des sondes automatiques dans le cadre du projet MESUR, dans un premier temps la NASA envoya une sonde Observer vers la planète Rouge en 1992.

Ensuite une sonde orbitale dénommée Mars Global Surveyor (MGS) fut envoyée en 1996 cartographier la surface de Mars et analyser son atmosphère. Grâce à une caméra dix fois plus performante que celle équipant la sonde Viking, des détails insoupçonnés sont rapidement apparus réduisant à néant certaines spéculations débridées. MGS cessa de fonctionner fin 2006 mais nous laissa une monumentale base iconographique et de données représentant 10 années de survol de la planète Rouge.

Parmi les résultats de la mission MGS, citons la découverte des ravines a priori provoquées par des écoulements liquides, le champ magnétique localisé dans la croûte de Mars, une analyse de l'écorce de Phobos témoignant qu'il est recouvert de débris pulvérisés sur au moins 1 mètre d'épaisseur et une cartographie tridimensionnelle de la calotte du pôle Nord notamment.

Un an après le lancement de MGS, le 4 juillet 1997 l’éclaireur miniature Mars Pathfinder arrivait dans l’environnement martien et y déployait avec succès le "Sojourner", un micro-véhicule d’exploration à 6 roues qui connut une fin prématurée après avoir percuté un rocher.

A son tour, la JAXA envoya la sonde japonaise Nozomi (Planet-B) en 1998 mais elle rata son entrée orbitale et fut perdue en 2003. 

Fin 2003 et début 2004, les sondes Spirit et Opportunity de la mission Mars Exploration Rover (MER) envoyées par la NASA arrivèrent sur Mars et renvoyèrent vers la Terre de nouvelles images étonnantes de la surface martienne. Après avoir accompli sa mission au-delà de toute espérance, Spirit tomba en panne en 2011.

La sonde Mars Express de l'ESA arriva en orbite martienne en décembre 2003. Malheureusement, le lander Beagle II n'a jamais donné signe vie et est présumé perdu. En revanche, la sonde Orbiter confirma la présence d'eau glacée au pôle Sud de la planète Rouge.

En 2011, dans le cadre de la mission Mars Science Laboratory (MSL), la NASA envoya la sonde d'exploration Curiosity explorer la région martienne d'Aeolis Mons (Mont Sharp) et du cratère Gale situés près de l'équateur.

Aujourd'hui l'exploration du sol par les véhicules de surface continue, en particulier grâce aux infatiguables rovers Opportunity et Curiosity, relayés par les sondes orbitales Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) et MAVEN.

Rappelons que la mission NetLander du CNES qui devait être équipée d’un microphone de la Planetary Society fut abandonnée en 2003 ainsi que les missions d'exploration russes prévues en 2007.

Parmi les futures missions, la Planetary Society avait proposé un projet de ballons de haute-altitude qui devait circuler au-dessus des plaines martiennes. Le lancement prévu en 2007 a été reporté. On peut considérer que le projet a été abandonné ou du moins reporté à une bonne décennie sinon au-delà.

A gauche, une magnifique désolation caractérise Mars, ici les "twin peaks" dont voici la photo panoramique prise le 21 juillet 1997 (Sol 18) après la brève mission de la rover Sojourner du programme Mars Pathfinder qui percuta un rocher : sol désertique, air glacial, sec, venteux et irrespirable, bref pour l'instant Mars est une planète invivable. Les deux pics mesurent 30 à 35 m de hauteur. Celui de gauche (North Twin) se situe à environ 860 m du lander Pathfinder et celui de droite (South Twin) à environ 1 km. A droite, le projet Mars Rover 2020. Documents NASA/JPL/Mars Pathfinder et JPL.

Reste trois missions dans la course d'ici 2020 : InSight, ExoMars Orbiter et ExoMars Rover 2020. Puis, en 2022 la JAXA prévoit d'envoyer une sonde spatiale ramener des échantillons de la surface de Phobos, de même que l'ESA en collaboration avec l'agence spatiale russe Roscomsos qui prévoit une mission similaire en 2024.

Enfin, si les projets se maintiennent et si les 26 pays signataires sont d'accord ainsi que la NASA, des astronautes devraient fouler le sol martien au plus tôt vers 2045 si les projets américains survivent aux aléas politiques. Coût : 10 fois le budget du programme Apollo ou de la station ISS, soit au moins 800 milliards de dollars ! Mais l'office américain d'évaluation technologique préconise dans un premier temps une mission robotisée qui préparera la venue des hommes. C'est donc en se fondant sur les expertises les plus convaincantes que les partisans de l'un ou l'autre projet gagneront des voix.

En attendant ce jour mémorable où une fusée habitée décollera pour Mars, les astronautes s'entraînent dans les deux pseudo bases martiennes installées dans le nord du Canada et dans le désert de l'Utah par la Mars Society.

Les astéroïdes

En 1991, avant d'atteindre Jupiter, la sonde Galileo eut l’occasion de photographier l'astéroïde Gaspra et Ida en 1993. Deux ans plus tard la mission Near-Shoemaker photographia avec succès Mathilde avant d’atterrir sur Eros en 2001.

Si le succès de la mission Near dépassa toutes les espérances, celui de la sonde Hayabusa fut encore plus spectaculaire bien qu'il se fit dans l'indifférence quasi-générale. En 2004, la JAXA envoya une sonde automatique et totalement autonome explorer le petit astéroïde Itokawa mesurant 630 m de longueur situé à 290 millions de km de la Terre. Le module Minerva y préleva des échantillons et revint les déposer sur Terre en juin 2010.

A gauche, Gaspra (19x12x11 km) photographié par la sonde Galileo le 29 octobre 1991 à 5300 km de distance. Au centre et à droite, Eros (33x13x13 km) photographié par la sonde NEAR en 2000. La résolution atteint 4.5 m/pixel sur l'image de droite. Documents ASA/JPL/USGS et NASA/JPL/NEAR.

En 2007, la NASA envoya la sonde spatiale Dawn, propulsée par un moteur ionique, explorer les astéroïdes Vesta (2011) et Cérès (2015) tandis que la sonde Osiris-REx s'envola en 2016 explorer Bennu dont l'arrivée est prévue en 2018. Bennu est un astéroïde carboné de 500 m de longueur potentiellement dangereux pour la Terre (PHA) qui orbite à moins de 1.3 UA du Soleil. Sa surface sera cartographiée et un spectromètre thermique analysera ses émissions pour évaluer l'effet Yarkovsky (une absorption de l'énergie solaire qui réchauffe sa surface et produit une lente déviation du grand axe de son orbite). Un échantillon sera également ramené sur Terre en septembre 2023 pour éventuellement développer des contre-mesures adéquates si Bennu présentait un réel risque d'impact (la solution la plus simple serait de le dévier de sa trajectoire).

Les comètes

En 1998, la NASA franchit un nouveau pas en lançant la petite sonde Deep Space 1, la première représentante du programme révolutionnaire New Millenium.

DS1 fut emblématique car elle démontra qu’il était possible d’allier dans la prochaine génération de sondes d’explorations une douzaine d’innovations technologiques pour un faible coût, dont une propulsion plus performante (électrique et non plus chimique), une microélectronique encore plus miniaturisée et une meilleure autonomie permettant à ce type de sondes d’opérer plus longtemps sans recevoir d’instructions détaillées de la Terre.

DS1 visita les astéroïdes McAuliffe et Braille en 1999, passa au large de Mars en avril 2000, visitera la comète Wilson-Harrington en janvier 2001 et passa au large de Borelly en septembre 2001 tout en étudiant les autres corps célestes durant son voyage.

A gauche, la sonde spatiale Giotto rencontre Halley en 1986. Au centre et à droiote, la sonde Deep Space 1 précurseur du programme New Millenium de la NASA se caractérise par un propulseur ionique et d'autres innovations technologiques (miniaturisation, images HD, etc). Documents ESA et NASA/GRC.

Après la grande aventure de la mission Giotto vers Halley, la mission Contour (Comet Nucleus Tour) de la NASA s’envola en juin 2002 pour étudier 3 comètes : Encke, Schwassman-Wachmann 3 et d’Arrest. Les instruments équipant cette plate-forme présentaient une résolution de 4 mètres par pixels, 25 fois supérieure aux meilleurs images de Halley ! Malheureusement, peu après son lancement la sonde fut détruite, probablement suite à une instabilité de son moteur.

Dans le cadre de la mission Epoxi, en 2010 la sonde Deep Impact photographia le noyau de la comète Hartley 2, révélant un corps allongé émettant des jets asymétriques.

Enfin, l’ambitieuse mission Rosetta de l'ESA dont la sonde spatiale équipée du lander Philae rencontra la comète 67P/Churyumov-Gerasimenko en août 2014, nous révélant un astre irrégulier à la surface très étonnante comme on le voit ci-dessous à droite. Cette comète dont le noyau mesure 3x5 km, tourne sur lui-même en quelque 12.4 heures et s'est formé par l'accrétion de milliers de petits objets autour de deux corps plus importants.

A voir : Atterrissage de Philae sur la comète Churyumov-Gerasimenko

Photos depuis la surface de 67P (sur le blog, 2014)

Blog Rosetta, ESA

A gauche, en 2004 la sonde Stardust rencontra avec succès la comète Wild2. Au centre, le 4 juillet 2005, l'impacteur de Deep Impact s'écrasa comme prévu sur la comète Tempel1 formant un cratère profond de 500 m et grand comme deux terrains de football. Cette collision programmée permit aux scientifiques d'étudier le nuage de poussières qui en résulta et indirectement la constitution du noyau de la comète qui remonte à l'époque de la formation du système solaire. Rappelons que la mission Deep Space DS4 qui devait survoler Tempel1 en 2006 (lander Champollion) a été annulée en 1999, ce qui a conduit la NASA à la remplacer par la petite mission Deep Impact. A droite, l'aspect de la comète 67P, alias 67P/Churyumov-Gerasimenko, photographiée par Rosetta le 3 août 2014 à 285 km de distance, quelques mois avant l'atterrissage de la sonde Philae à sa surface. La résolution est de 5.5 km/pixel. Il s'agit d'un compositage RGB aussi proche que possible des couleurs réelles. Voici une photo en noir et blanc un peu plus nette. Documents Pat Rawlings/JPL, T.Lombry et ESA.

Churyumov-Gerasimenko est une comète libérant deux fois plus de poussières que de gaz. Lorsqu'elle s'approche au plus près du Soleil (entre 4 et 3 UA), elle libère entre 60 et 220 kg de poussières par seconde. Sa queue de poussières et de gaz contient principalement de la vapeur d'eau. Rosetta a également identifié des gaz comme l'ammoniac, le méthane et le méthanol ainsi que des traces de formol, de sulfure d'hydrogène, d'acide cyanhydrique, de dioxyde de soufre et de sulfure de carbone ainsi que des traces de sodium, de magnésium et de fer dans les poussières de la coma interne.

Pour la première fois dans l'histoire de l'astronautique, la sonde Philae atterrit à la surface de la comète le 12 novembre 2014, bien qu'après avoir rebondit quelquefois en raison d'une panne de son principal propulseur et des pitons d'ancrage. Philae effectua des analyses chimiques, thermiques, électriques et acoustiques de la surface et du sous-sol de la comète afin de déterminer sa composition et la structure de son noyau. La mission Rosetta s'acheva fin 2015. Les chercheurs doivent à présent analyser les données récoltées en espérant peut-être répondre à la question de savoir d'où provient l'eau et le carbone qu'on trouve sur Terre, deux éléments essentiels au développement de la vie.

Jupiter et Saturne

Depuis 1972, Jupiter n'a pas été souvent visité par les sondes spatiales. Il y eut les sondes Pioneer 10 et 11 en 1972 et 1973 ainsi que les fameuses sondes Voyager 1 et 2 en 1979. Ensuite il fallut atteindre 1992 pour recevoir les images de la sonde Ulysse et 1995 pour recevoir celles de Galileo.

Après de longs pourparler avec la NASA, l’ESA lança la mission Cassini-Huygens vers Saturne et Titan en octobre 1997. Pour parcourir plus de 1.2 milliard de kilomètres, les experts du JPL ont choisi de placer la sonde Cassini-Huygens sur une orbite plutôt inhabituelle. Ils l'ont d'abord lancée vers Vénus dont l’assistance gravitationnelle permit de décupler la vitesse propre de la sonde, atteignant la vitesse prodigieuse de 141000 km/h soit 39 km/s !

A gauche, une illustration de la sonde spatiale Juno qui survola Jupiter en 2016 et 2017. A droite, la sonde Huygens se posant sur la lune Titan de Saturne en 1997 nous révélant pour la première fois sa surface. Documents T.Lombry et ESA.

Après un périple de plus de 4 ans, Cassini atteignit Jupiter début 2001 et renvoya des images de l'atmosphère tourmentée d'une qualité exceptionnelle. Trois ans plus tard, Cassini atteignit l'orbite de Saturne. La capsule Huygens fut larguée au large de Titan en novembre 2004 et se déposa avec succès sur sa surface, nous révélant un paysage très inattendu.

Ensuite, Cassini continua sa mission et survola Saturne jusqu'en septembre 2017, traversant à plusieurs reprises les anneaux à hauteur de l'anneau D intérieur où le risque de collision était le plus faible mais pas nul. Comme le constatèrent avec humour les scientifiques de l'équipe de Cassini, la sonde spatiale s'avéra également être un bon détecteur de micrométéorites !

A voir : Envol de la fusée Titan IVB-Centaur le 15 octobre 1997 (.QT de 7.1 MB)

(mission Cassini-Huygens vers Saturne)

Séparation des boosters (.QT de 3.1 MB)

A gauche, illustration artistique de la sonde spatiale Voyager 1 explorant Saturne. A droite, Saturne photographiée par la sonde spatiale Cassini. Il s'agit du compositage de 36 images prises le 10 octobre 2013 montrant le pôle Nord de Saturne. Documents Tangled Bank Studios et NASA/ESA/STScI/Gordan Ugarkovic.

Enfin, à partir de mi 2016 et pendant deux ans, la sonde spatiale Juno va survoler Jupiter sur une orbite polaire, photographiant notamment son pôle Sud, sa Grande Tache Rouge et diverses taches blanches (WOS) en haute résolution. Elle photographiera également les aurores polaires joviennes et étudiera son champ magnétique ainsi que la composition chimique de son atmosphère.

Uranus et Neptune

Tellement éloignées de la Terre, Uranus et Neptune furent toujours considérées comme des étapes intermédiaires au cours de missions plus importantes. Uranus reçut la visite de Voyager 2 en 1986 et Uranus en 1989. Puisqu'il n'y aura probablement plus de missions vers ces planètes avant 2020 ou 2030, actuellement c'est le Télescope Spatial Hubble et le télescope Keck qui tentent de percer à distance les mystères de ces deux planètes gazeuses.

Pluton, Charon et la Ceinture de Kuiper

Enfin, après des années de pourparler et plusieurs reports, la NASA accepta in extremis de lancer la sonde spatiale New Horizons vers les contrées lointaines de Pluton et au-delà qui n'avaient jamais été visitées. La mission débuta le 19 janvier 2006. 

A gauche, emplacement des différents systèmes embarqués à bord de la sonde spatiale New Horizons. A droite, une photographie de Pluton prise le 14 juillet 2015 à 450000 km de distance par New Horizons montrant une formation en forme de coeur sur l'hémisphère situé par 133° de longitude. La résolution est de 2.2 km. Pour tous les astronomes, c'est une révélation au point qu'on peut dire sans exagérer qu'on découvre un nouveau monde; un adorable coeur. Bienvenue Pluton ! Documents JHUAPL.

En 2007, New Horizons en route vers Pluton photographia Jupiter et nous dévoila les nouvelles plumes éjectées par Io. Finalement, après un voyage de 5 milliards de kilomètres, la sonde spatiale atteignit Pluton comme prévu le 14 juillet 2015 qu'elle survola à 13718 km d'altitude, nous révélant une diversité de paysages étonnants faits de plaines parsemées de blocs de méthane et de trous de sublimation et des montagnes très escarpées couvertes de dépôts bruns foncés.

Aujourd'hui, New Horizons poursuit sa route à plus de 49000 km/h vers la Ceinture de Kuiper située entre 40 et 500 UA du Soleil qu'elle devrait atteindre en 2026.

Pour plus d'informations

Quelques livres (cf. détails dans ma bibliothèque)

Sur ce site

Le système solaire

Hommage aux sondes spatiales

La colonisation de Mars

Les communications spatiales avec Mars

Le tourisme spatial

La colonisation de l'espace

National Geographic Magazines sur l'astronomie et l'astronautique

Vidéos sur l'astronautique (animations)

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Les fusées, les projets et les missions spatiales

Missions Active - By Target - By Type, NASA

NASA Image Galleries

GRIN, NASA

Astrophysical Missions, ESA

Blog Rosetta, ESA

Encyclopedia Astronautica (Astronautix)

The Planetary report, The Planetary Society

JPL

Hubble Heritage Project, STScI

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Science Connection, Magazine de Belspo (B)

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