New Horizons : 11 kg de plutonium pour comprendre Pluton - 16/01/2006

Deux voies sont possibles pour atteindre Pluton. La plus courte suit une trajectoire directe entre la Terre et son lointain objectif. La plus longue effectue un passage à proximité de Jupiter, mais la réaction de gravitation au voisinage de la planète géante et l'accélération qui en résulte en fait la plus rapide.

Cette rapidité a été privilégiée, car Pluton est actuellement en train de s'éloigner du Soleil sur son orbite et son atmosphère risque de se solidifier rapidement sous l'effet du froid et de se déposer en surface, en rendant toute analyse ultérieure impossible et masquant la topographie de la planète.

Cependant, la fenêtre de tir autorisant un passage à proximité de Jupiter est relativement courte et s'étend du 11 janvier au 2 février 2006. D'autres fenêtres de tir sont encore exploitables jusqu'au 14 février, mais au prix d'une prolongation de la durée de vol pouvant atteindre 5 années.

On le voit, la différence est considérable et le facteur temps joue un rôle primordial lors du départ de la mission.

- 1°) Le lanceur

Le lanceur Atlas V-551. © Crédit Nasa.

New Horizons sera lancée par une fusée Atlas-V-551 construite par Convair, qui est le plus puissant vecteur actuel de la Nasa.

Autre vue d'Atlas V durant son assemblage. © Crédit Nasa.

Elle se compose d'un étage principal de 307 tonnes dont le moteur RD-180 brûle un mélange de kérosène/oxygène liquide et fournit 423,3 tonnes de poussée, entouré de cinq accélérateurs à poudre de 40,8 tonnes chacun pour 130 tonnes de poussée. Le deuxième étage, un Centaur V1 de 22,8 tonnes, fonctionne à l'hydrogène/oxygène liquides et son moteur RL-10A-4-2 assure une poussée de 10,1 tonnes.

installation de New Horizons surmontant l'étage STAR 48B dans l'immense coiffe du lanceur. © Crédit Nasa.

Dans une version légèrement moins puissante (4 boosters seulement), ce lanceur, dont le taux de réussite est à ce jour de 100%, a placé sur orbite le 12 août 2005 la sonde martienne Mars Reconnaissance Orbiter.

Autre vue de l'intégration de New Horizons à la coiffe. © Crédit Nasa.

La sonde est en outre équipée d'un étage propulseur à carburant solide qui en assurera l'insertion sur sa trajectoire hyperbolique définitive. Celui-ci, un STAR 48B d'une masse de 2137 kg, fournira une poussée de 8 tonnes durant 88 secondes avant d'être abandonné. Il s'agit d'un moteur conçu par le russe Thiokol sous la dénomination d'origine TE-M-799, aussi utilisé comme accélérateur sur certaines versions de la fusée Delta.

- 2°) Séquence de lancement

1 minute et 45 secondes après la mise à feu, les accélérateurs 1 et 2 seront largués du premier étage, puis 2 secondes plus tard, les numéros 3, 4 et 5 seront aussi éjectée. Cette temporisation a pour but d'éviter toute collision entre les éléments ainsi libérés, et toute explosion qui pourrait en résulter.

3 minutes et 23 secondes après la mise à feu, l'énorme coiffe de 5 mètres de diamètre de la fusée se sépare en deux parties qui sont éjectées chacune de leur côté, libérant à la fois le second étage Centaur et New Horizons.

H + 4 mn 27 sec : arrêt du moteur du premier étage puis, 6 secondes plus tard, séparation de l'étage Centaur.
H + 4 mn 37 sec : mise à feu du Centaur.
H + 10 mn 8 sec : arrêt du moteur du Centaur, arrivée en orbite de parking.
H + 32 mn : réallumage de l'étage Centaur.
H + 42 mn : séparation de l'étage Centaur et libération de New Horizons.
H + 42 mn 37 sec : allumage de l'étage STAR 48B de la sonde.
H + 44 mn 05 sec : arrêt de l'étage STAR 48B.
H + 47 mn 30 sec : séparation de l'étage STAR 48B, New Horizons est en autonomie totale.

Après séparation du lanceur, New Horizons s'éloignera de la Terre à une vitesse de 57700 km/heure ou 16 km par seconde, et deviendra ainsi l'objet le plus rapide ayant jamais quitté notre planète. L'orbite de la Lune sera croisée après 9 heures de voyage (3 jours pour les missions Apollo) et Jupiter atteinte au bout de 13 mois. Durant cette première partie du trajet, il sera procédé au check-out des instruments de la sonde, aux calibrations indispensables, à diverses corrections de trajectoire et à la préparation du survol de Jupiter.

- 3°) Réaction de gravitation

Si le lancement intervient avant le 3 février 2006, le survol de Jupiter se fera dans les conditions idéales pour bénéficier d'une réaction de gravitation. Cependant, les positions relatives de New Horizons, Jupiter et Pluton ne seront optimales que jusqu'au 27 janvier, après quoi le bénéfice de la manoeuvre décroît rapidement pour devenir négligeable ou inexistant comme démontré dans le tableau ci-dessus.

Dans les meilleures conditions, New Horizons traversera le système de Jupiter à une vitesse de 75600 km/h (21 km par seconde), croisant la planète géante à +/- 43 diamètres joviens avant de s'en échapper à 98120 km/h (25 km/sec). Ce passage sera aussi l'opportunité d'une campagne d'observation de la météorologie de Jupiter, d'étude de ses aurores et de sa magnétosphère. L'instrument SDC sera mis à contribution pour quantifier la poussière rencontrée le long de la trajectoire tandis qu'une étude de l'atmosphère des lunes de Jupiter est aussi projetée.

New Horizons sera ensuite mise en hibernation, la plupart de ses instruments étant alors complètement désactivés. Sa stabilisation par spin à raison de 5 tours/minute dans l'axe de son antenne à haut gain maintiendra celle-ci constamment dirigée vers la Terre sans nécessité d'intervention. Durant son long trajet vers Pluton (de 9 à 14 années), New Horizons transmettra un signal hebdomadaire destiné à renseigner sur son état de santé. Une tonalité codée "verte" si tout va bien, ou une des sept tonalités codées "rouge" en cas de problème exigeant l'intervention à distance d'une équipe d'ingénieurs.