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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 2020, on recensait 111 missions lunaires dont plusieurs sont toujours actives (Artemis et LRO) tandis que 6 autres missions sont planifiées jusqu'à en 2025 par les agences spatiales russe et chinoise (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 en 1972. 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 reviendra sur l'exploration et la colonisation de la Lune puisque l'Europe et les Etats-Unis annoncèrent séparément en 2019 souhaiter que des hommes se posent sur la Lune avant 2025. Reste à relever outre les défis techniques, le défi financier de réunir les 40 ou 80 de milliards de dollars nécessaires à cette aventure selon l'avancement du projet de Gateway lunaire.

Mars

Depuis l'avènement de la conquête spatiale, 78 sondes spatiales furent lancées vers Mars (2021), elle vient juste derrière la Lune en quantité, mais seuls 43 vaisseaux ont atteint leur objectif et 3 autres partiellement !

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.

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 du 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 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. Le rover Opportunity l'examina en 2006.Documents NASA/JPL/Mars Pathfinder et NASA.

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. Le 13 février 2019, la NASA annonça également la fin de la mission d'Opportunity, ayant perdu tout contact avec le rover depuis juin 2018.

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.

En novembre 2018, le lander InSight construit par la NASA en collaboration avec l'ESA se posa avec succès sur Mars à quelques centaines de kilomètres au nord du site où s'est posé Curiosity. La mission d'InSight devrait durer environ 2 ans et consiste à étudier l'activité séismique afin de détecter une éventuelle activité tectonique, mesurer la température dans le sol martien pour déterminer si le noyau rayonne encore de la chaleur, ainsi que mesurer les variables météos.

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, le lander InSight qui s'est posé sur Mars en novembre 2018 a pour mission d'étudier l'activité géophysique et météorologique de Mars pendant toute une année martienne (près de deux années terrestres). A droite, le projet Mars Rover 2020. Documents NASA/InSight et JPL.

De leur côté, la Chine et les Emirats Arabes Unis ont uni leurs efforts pour réaliser leurs propres missions vers Mars. Le 5 février 2021, la sonde spatiale Tianwen-1 de l'Administration spatiale nationale chinoise (CNSA) était à cinq jours de son entrée en orbite autour de Mars et transmit sa première image de la planète Rouge. L'orbiter largua ensuite un rover d'exploration dans le bassin d'impact d'Utopia Planitia qui a pour mission d'analyser le sol de surface, d'évaluer la quantité de glace d'eau et le taux d'oxygène. Pendant ce temps, l'orbiteur va étudier la surface de la planète Rouge au moyen de caméras et d'un radar, et effectuer des analyses avec un magnétomètre et des détecteurs de particules.

Le 9 février 2021, les Émirats Arabes Unis ont annoncé que leur sonde spatiale Hope était arrivée en orbite autour de Mars et allait commencer sa manoeuvre d'insertion.

La NASA a également planifié la mission Mars 2020 dont le rover Perseverance se posa avec succès sur Mars le 18 février 2021. C'est un projet de 2.7 milliards de dollars. La mission pourrait durer 10 ans. Le rover va récolter des échantillons de sol et les stocker dans des tubes scellés qui seront si possible récupérés par deux missions ultérieures et ramenés sur Terre pour analyse.

A voir : Watch NASA’s Perseverance Rover Land on Mars!, (VF), JPL, 18 fév 2021

Perseverance Rover’s Descent and Touchdown on Mars, NASA

C'est la mission Mars Sample Return organisée conjointement par le NASA et l'ESA qui devrait ramener sur Terre ces échantillons de sol martien. C'est un projet de 7 milliards de dollars mais toujours à l'état de "proposition". Deux lancements sont prévus avec deux retours sur Terre prévus en théorie vers 2026 et 2027 mais plus vraisemblablement après 2030.

Après l'échec partiel de la mission ExoMars 2016 et du crash du lander Schiaparelli de l'ESA, Russes et Européens ont organisé la mission ExoMars 2022 (ex ExoMars 2020 mais repoussée de deux ans suite à des problèmes avec le parachute) dont le rover Rosalind Franklin devait se poser sur Mars le 10 juin 2023 avec deux ans de retard. Sa mission a pour but de découvrir d'éventuelles traces fossilisées de vie. Mais en raison de la guerre en Ukraine survenue en mars 2022, l'Europe a suspendu sa collaboration scientifique avec la Russie et sans fusée Proton et atterrisseur russes, cette mission est donc également suspendue voire annulée.

En 2024 la JAXA prévoit d'envoyer une sonde spatiale ramener des échantillons de la surface de Phobos.

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 et si les volontaires sont toujours prêts à risquer leur vie dans cette aventure. 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.

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 attendre 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, illustration de 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 envoya 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, depuis mi-2016 et jusqu'en juillet 2021, la sonde spatiale Juno en est orbite polaire autour de Jupiter, photographiant notamment son pôle Sud, sa Grande Tache Rouge et diverses taches blanches (WOS) en haute résolution. Elle photographie également les aurores polaires joviennes, mesure son champ magnétique et analyse la composition chimique de son atmosphère pour affiner les modèles actuels. Ses données sur l'intérieur de Jupiter notamment ont permis de résoudre des énigmes restées en suspens depuis les observations de Galileo en 1995.

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 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 glacés 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 13.6 km/s soit 49000 km/h vers la Ceinture de Kuiper située entre 40 et 500 UA du Soleil qu'elle devrait atteindre en 2026.

Dernière patrie

Les comètes, les astéroïdes et les objets interstellaires

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