La sonde BepiColombo dans sa configuration de vol, avec au sol le bouclier Mosif qui sera installé sur le dessus de la sonde pour protéger l'orbite japonais MMO. © Rémy Decourt

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BepiColombo : la sonde qui explorera Mercure réalise ses derniers essais de vol

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La sonde européenne BepiColombo, troisième mission de l'histoire à destination de Mercure, termine ses essais aux Pays-Bas. La sonde sera acheminée fin mars 2018 vers Kourou, en Guyane, où tous ses modules seront réassemblés. Elle sera installée à bord du lanceur Ariane 5 en vue du lancement prévu en octobre 2018. Au terme d'un voyage de sept ans, elle atteindra Mercure en décembre 2025.

  • BepiColombo quittera l’Europe en mars de l’année prochaine, en vue d’un lancement en octobre 2018 depuis Kourou.
  • Tous les voyants sont au vert.
  • Mercure est la planète tellurique la plus petite et la moins explorée de notre Système solaire.
  • BepiColombo, ce n'est pas seulement l'étude de Mercure et un éclairage essentiel sur la formation du Système solaire. Par analogie, la sonde fournira également des informations sur l’évolution des planètes situées à proximité de leur étoile.

Construite par Airbus Defence & Space, à la tête d'un consortium de 83 entreprises issues de 16 pays, la sonde spatiale européenne BepiColombo subit actuellement ses derniers tests en configuration de lancement, avant son transfert au Centre spatial guyanais en mars prochain pour un lancement prévu en octobre 2018 à bord d'Ariane 5. Elle se trouve actuellement au Centre de Technologie et d'Essais (Estec) de l'Esa, à Noordwijk, aux Pays-Bas. Ces essais permettent de qualifier la sonde dans sa configuration de lancement, prouvant ainsi qu'elle résistera aux contraintes structurelles après le décollage.

Le module de transfert MTM (Mercury Transfert Module), l'orbiteur MPO dédié à la planète (Mercury Planetary Orbiter), le bouclier solaire, pour protéger l'engin des quelque 350 °C au voisinage de Mercure et l'orbiteur MMO d'étude de la magnétosphère (Mercury Magnetospheric Orbiter), fourni par le Japon, sont ainsi assemblés les uns sur les autres.

L'arrivée de BepiColombo autour de Mercure est prévue fin 2025, après un voyage de sept ans. Pour atteindre la vitesse requise afin d'être capturée en orbite par la gravité de Mercure, la sonde devra perdre 7 km/s, ce qui est énorme. Ce freinage représente sept fois la poussée nécessaire pour rejoindre Mars. L'énergie pour une mise en orbite autour de Mercure, à 58 millions de kilomètres du Soleil, est même bien plus élevée que pour expédier une sonde jusqu'à Pluton, pourtant installée entre 4,4 et plus de 7 milliards de kilomètres.

La sonde BepiColombo. Notez les deux boucliers thermiques de la mission : au premier plan, Mosif, qui sera installé sur le dessus de la sonde pour protéger l'orbiteur japonais MMO et, déjà installé sur l'orbiteur européen MPO, le bouclier (de couleur verdâtre) qui le protégera du flux thermique et des rayonnements infrarouges. © Rémy Decourt

BepiColombo réussira ce ralentissement en effectuant neuf manœuvres d'assistances gravitationnelles (une autour de la Terre, deux autour de Vénus et six autour de Mercure) et en utilisant un système de propulsion électrique, spécialement développé pour la mission, qui permet un ralentissement de 4 km/s. Cette propulsion électrique (utilisant 580 kilogrammes de xénon) est constituée de quatre moteurs à grille de 20 centimètres de diamètre capables, chacun, d'une poussée de 145 mN (millinewtons), avec une impulsion spécifique de 4.000 secondes.

Bien que la mission soit conçue pour une durée d'un an, avec une extension possible d'une année supplémentaire, l'utilisation de ces moteurs électriques pour le contrôle d'attitude et les corrections de trajectoire permet d'espérer une durée de fonctionnement de trois ou quatre années, voire cinq.

Mieux connaître Mercure, c'est mieux comprendre le Système solaire

Après Mariner 10 dans les années 1970 et Messenger (2010-2015), BepiColombo est la troisième mission, et la première européenne, vers Mercure, la plus petite planète et la moins explorée de notre Système solaire« La moins explorée non pas parce qu'elle n'est pas intéressante mais parce qu'elle est difficile d'accès » explique Alvaro Gimenez, directeur du programme scientifique de l'ESA.

Pour comprendre l'histoire de la formation du Système solaire, Mercure est un élément clé car « il s'agit de l'ultime témoin de la partie du disque proto-planétaire la plus proche de notre Soleil » souligne Francois Leblanc, planétologue au Latmos et responsable scientifique du spectromètre ultraviolet de la sonde européenne. Cette planète dont « les caractéristiques internes restent encore source de nombreuses interrogations » peut être aussi considérée comme « un des meilleurs analogues, dans notre Système solaire, des nombreux objets planétaires extrasolaires qui ont été ou seront découverts dans les années qui viennent », précise t-il.

Les quatre éléments de la mission BepiColombo, baptisée en hommage au professeur italien Giuseppe « Bepi » Colombo, qui joua un rôle majeur dans le succès de la mission Mariner 10. © Airbus

Par rapport à BepiColombo, Messenger était une mission moins technique et beaucoup plus simple dans sa réalisation et ses objectifs. C'est pourquoi elle a rejoint la planète Mercure en seulement quatre ans contre sept pour BepiColombo. Cela s'explique par l'orbite définitive visée par celle-ci pour optimiser au mieux l'utilisation de la suite d'instruments qu'elle embarque, très complets et spécifiquement conçus pour l'environnement de Mercure (radiatif, chaud et dynamique).

Ainsi, Messenger a évolué sur une orbite polaire très elliptique (200 × 15.193 km) qui, par exemple, ne lui a pas permis de survoler l'hémisphère sud de la planète à moins de 2.000 km. Avec son orbite polaire faiblement elliptique (480 x 1.500 km), l'orbiteur MPO réalisera observations inédites en résolution et en qualité : chaque région sera survolée à une altitude minimale de 480 km. Surtout, ses instruments seront constamment pointés vers la planète, ce qui n'était pas le cas de Messenger.

Autre différence majeur, la mission BepiColombo comporte deux sondes tournant en même temps autour de Mercure sur des orbites très différentes (590 x 11.800 km pour l'orbiteur japonais MMO). Ces deux postes d'observation vont permettre de différencier les variations spatiales des variations temporelles. C'est très utile pour l'étude de la dynamique du champ magnétique et l'interaction entre les particules solaires et la magnétosphère, de façon à découpler ces deux effets. Pour les scientifiques qui vont étudier la magnétosphère de la planète, ces doubles mesures permettront de différencier les effets du vent solaire, ou toute autre perturbion spatiale, d'une variabilité intrinsèque à la magnétosphère de la planète.

En conclusion, il est difficile aujourd'hui de prédire ce que cette mission découvrira mais, clairement, « avec BepiColombo, l'ESA et la Jaxa se sont donné les moyens de faire progresser notre connaissance de Mercure, progrès qui bénéciera des succès de Messenger et des découvertes pionnières de Mariner 10 », conclut Francois Leblanc.

Pour en savoir plus

En image : BepiColombo, destinée à explorer Mercure, est construite

Article de Rémy Decourt publié le 08/07/2014

BepiColombo, le satellite destiné à l'exploration de la planète Mercure, est une mission conjointe entre les agences spatiales européenne et japonaise. Découvrez avec nous les modules européens, l'orbiteur MPO qui porte les instruments européens et le module de transfert. Ils se trouvent actuellement dans l'usine de Thales Alenia Space en attendant de partir vers le Centre de Technologie et d'Essais (Estec) de l'Esa, à Noordwijk, où débutera la campagne de tests environnementaux.

La dernière fois que nous nous sommes intéressés à l'état d'avancement de la construction de BepiColombo, la sonde passait au four afin de la débarrasser de tous les contaminants susceptibles de dégazer dans l'espace. Depuis, elle est retournée dans l'usine cannoise de Thales Alenia Space et s'apprête de nouveau à retourner au Centre de Technologie et d'Essais (Estec) de l'Esa afin d'y subir des tests environnementaux et de se préparer à son lancement en 2016.

Rappelons que cette mission se compose de plusieurs modules (dont trois fournis par l'Europe) :

  • l'orbiteur MPO (Mercury Planetary Orbiter), avec ses 11 instruments dédiés à la cartographie et l'étude de la surface de Mercure et de son atmosphère ;
  • le bouclier solaire, pour protéger l'engin des quelque 350 °C au voisinage de Mercure ;
  • le module de transfert MTM (Mercury Transfert Module), qui assurera l'alimentation électrique et la propulsion pour le voyage Terre-Mercure ;
  • l'orbiteur MMO (Mercury Magnetospheric Orbiter), fourni par le Japon, étudiera le champ magnétique de Mercure grâce à ses cinq instruments.

Comme le souligne le communiqué de presse de Thales Alenia Space annonçant ce prochain départ, « BepiColombo est l'une des missions scientifiques les plus ambitieuses de l'Esa ». En fait, c'est pour ainsi dire le cas de chaque mission. En effet, avec un budget en moyenne trois fois inférieur a celui de la Nasa, l'Agence spatiale européenne se doit d'être pragmatique dans ses choix de missions spatiales et de programmes scientifiques. Ils doivent respecter un difficile jeu d'équilibriste entre budget toujours serré, capacités technologiques et respect des communautés scientifiques, pour contenter chaque discipline des sciences spatiales.

L’orbiteur de Mercure (MPO pour Mercury Planet Orbiter) qui porte les instruments européens d’observation vu dans l'usine de Thales à Cannes (juillet 2014). © Rémy Decourt

BepiColombo étudiera la surface et la magnétosphère de Mercure

BepiColombo n'échappe pas à cette règle et s'ajoute à une longue liste de missions aujourd'hui terminées ou en service et en préparation qui s'efforcent de mieux comprendre les mondes du Système solaire, dont le nôtre. Ainsi, cet été, l'actualité sera dominée par l'arrivée de la sonde Rosetta de l'Esa près de la comète Churyumov Gerasimenko après un voyage de dix ans. Point d'orgue de cette mission également très ambitieuse, l'atterrissage en novembre du petit lander Philae.

BepiColombo ne sera pas la première mission à destination de Mercure mais seulement le troisième engin spatial à la rejoindre après les sondes états-uniennes Mariner 10 au milieu des années 1970 et Messenger qui s'est satellisée autour de la planète en mars 2011 pour une mission achevée deux ans plus tard, en mars 2013. Bien que Messenger ait significativement renforcé la connaissance de cette planète, il reste un certain nombre de questions sans réponse.

Le principal objectif scientifique est la conduite d'une observation systématique et approfondie de la planète Mercure, incluant l'analyse de sa surface et de sa magnétosphère. BepiColombo essayera également de mieux comprendre l'histoire de son champ magnétique et de son volcanisme ainsi que des dépôts de glace d’eau que l'on a découverts au fond de nombreux cratères. Caractéristique remarquable, elle sera la première sonde autour de cette planète à pouvoir pointer en permanence au nadir, c'est-à-dire verticalement, exactement sous elle.

Le module de transfert (MTM pour Mercury Transfer Module), utilisé pour propulser le vaisseau pendant six ans et demi par le biais de la propulsion électrique vu dans l'usine de Thales à Cannes (juillet 2014). © Rémy Decourt

Une série de premières autour de Mercure

À l'origine, le projet prévoyait un atterrisseur mais faute d'un budget suffisant, il a été abandonné. Cependant, la difficulté du financement n'explique pas tout. Se poser sur un objet dépourvu d'atmosphère est très difficile car l'engin ne peut pas compter sur une couche atmosphérique pour freiner sa rentrée et doit embarquer une grande masse d'ergols.

Cela dit, sans cet atterrisseur, la mission reste très ambitieuse. Pour l'Europe, c'est la première fois qu'elle s'aventure dans les régions chaudes du Système solaire. C'est également la première fois que deux sondes d'une même mission se mettront en orbite autour de Mercure. Enfin, d'un point de vue technique, l'arrivée sera aussi une première, avec une capture par la gravité de la planète avant l'insertion en orbite.

À cela s'ajoute que cette proximité au Soleil induit des contraintes — dues à la chaleur et à la gravité du Soleil — dont il a fallu tenir compte dans la construction. Il a ainsi fallu développer des technologies susceptibles de résister à de grands écarts de température. Mercure étant positionnée à une distance égale au tiers de celle séparant la Terre du Soleil, le satellite sera exposé à un flux solaire 10 fois supérieur à celui reçu sur notre planète. Ainsi, lorsque la sonde sera en orbite autour de Mercure, elle devra résister à une température supérieure à 300 °C sur la face exposée au Soleil, avec quelques expositions thermiques ponctuelles de la grande antenne pouvant atteindre 400 °C ou plus. Les instruments à l'intérieur devront, quant à eux, pouvoir fonctionner à des températures comprises entre 0 et 40 °C. Il a donc fallu concevoir des matériaux et technologies innovantes afin de protéger les éléments exposés, comme les revêtements thermiques, les antennes, les cellules solaires et les mécanismes de pointage.

Des développements qui serviront également à la sonde Solar Orbiter, que développe actuellement Airbus Espace, et qui s'approchera encore plus près du Soleil, à seulement 42 millions de kilomètres, comme aucun autre engin ne l'a fait jusqu'ici.