Après la formidable aventure des sondes Voyager, l'exceptionnelle mission de Galileo et en attendant Juno, Juice sera la quatrième sonde à s'intéresser à Jupiter et certains de ses satellites. © ESA, AOES

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Juice : un radar inédit pour étudier les lunes de Jupiter

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L'antenne radar Rime, de la sonde Juice, sera le premier instrument à observer la surface et le sous-sol d'Europe, Ganymède et Callisto, des lunes de Jupiter. Elle a suivi une campagne d'essais... en hélicoptère ! Didier Radola, chef du projet pour Airbus, nous dit tout sur cet instrument inédit.

Aujourd'hui, les communautés de scientifiques concernées par la recherche de la vie extraterrestre dans le Système solaire ne se focalisent plus sur la seule planète Mars. Les lunes glacées de Saturne (Titan et Encelade) et trois des quatre satellites galiléens de Jupiter (Europe, Ganymède et Callisto) sont aussi des endroits susceptibles d'abriter une forme de vie microbienne.

La mission Cassini avait pour but d'étudier le système saturnien ; elle vient de se terminer. Toutefois, la Nasa et l'Agence spatiale européenne (ESA) vont continuer d'étudier l'habitabilité des lunes de glace plus en détail et se focaliser sur les trois lunes glacées de Jupiter. En effet, les spécialistes supposent fortement qu'elles abritent chacune un océan souterrain. Une mission est ainsi en développement pour chacune d'entre elles. 

En Europe, l'ESA développe Juice. Cette sonde doit aller étudier Jupiter et les lunes Callisto et Europe, avant de terminer sa mission autour de Ganymède. Son lancement est prévu en 2022 et elle devrait atteindre Jupiter en 2030.

Essai du radar Rime installé sur la maquette de la sonde Juice. L'ensemble était suspendu à une corde en polyéthylène d’environ 120 mètres en dessous d’un hélicoptère évoluant à 320 mètres au-dessus du sol. © Airbus

Rime, un radar pour voir sous les surfaces glacées

Comme nous l'explique Didier Radola, chef du projet Juice pour Airbus, qui réalise la sonde, un des objets de la mission est de « déterminer s'il existe sous ces croûtes de glace des océans liquides susceptibles d'abriter des composants organiques, voire de la vie ». Pour cela, Juice embarquera 10 instruments, dont Rime (Radar for Icy Moons Exploration), un radar inédit. « Il s'agit du premier instrument capable d'effectuer des mesures directes du sous-sol à être déployé autour de Jupiter. »

Optimisé pour scruter les lunes glacées galiléennes jusqu'à une profondeur de 9 km, ce radar sondeur « fournira des images d'une résolution d'environ 1 km x 10 km et de 50 m en profondeur ». Il fonctionnera avec une fréquence centrale de 9 MHz, « c'est-à-dire à une longueur d'onde d'environ 30 mètres », et utilisera une antenne dipolaire de 16,6 m. Il pourra atteindre une « résolution cubique de 1 km x 10 km x 50 m en vertical », très différente des dizaines de centimètres de résolution d'une caméra optique.

En effet, il faut savoir que le « besoin scientifique n'est pas de discerner des choses précises en surface ou en X/Y », mais bien d'avoir une résolution verticale, car « on cherche à repérer les ségrégations des couches géologiques, transitions entre eau-glace-roche, etc. ».  De ce point de vue, la « résolution verticale d'environ 50 mètres est excellente pour la mission ».

Long de 16,6 mètres, le radar Rime est ici vu avec ses perches, réalisées en matériau composite (PRFC). Avec un diamètre de 4 cm pour une masse d’environ 1.300 grammes, celles-ci sont très fragiles sur Terre. Conçues pour la microgravité spatiale, elles ont été « durcies » avec des tubes en fibres de verre pour leur permettre de résister aux tests et les protéger contre la force du vent. © Airbus

Des tests en plein air avec un hélicoptère

Il y a quelques jours, le radar Rime a été testé dans plusieurs configurations au cours d'une campagne d'essais de deux jours réalisée sur un terrain d'aviation situé à 30 km au nord-ouest du site d'Airbus de Friedrichshafen, en Allemagne. Ces essais, qui se sont bien déroulés, « nous ont permis de vérifier les résultats des simulations informatiques et de mesurer la performance radio de l'antenne, dans les mêmes conditions que si celle-ci était installée sur la sonde ». Il faut savoir que ces performances radio sont fortement affectées électromagnétiquement par le couplage avec la surface de la sonde et doivent être mesurées afin de calibrer l'antenne.

Ces tests ont été réalisés en plein air, en « raison de la plage de fréquence requise ». La sonde ne pouvant évidemment pas être transportée à l'extérieur, « l'antenne a été fixée sur une maquette de 3 m x 2 m x 2 m, spécialement construite à cet effet ». Didier Radola nous en dit plus sur ce radar.

Futura : Quelles ont été les principales difficultés techniques dans la mise au point de cette antenne ?

Didier Radola : J'en retiens quatre :

  • L'antenne finale de vol qui sera embarquée sur la sonde Juice est une très grande antenne de 16 mètres de long qu'il est difficile d'implanter sur la sonde, que ce soit en configuration stockée ou déployée. Elle doit être à la fois légère et robuste.
  • Le couplage électrique à la sonde doit rester minimum, et une modélisation numérique est développée pour spécifier l'électronique d'adaptation à développer.
  • Le test réalisé permet, entre autres, de vérifier la bonne corrélation du modèle numérique.
  • L'antenne de vol mettra en œuvre un déploiement passif (pas de mécanisme spécifique) qui sera difficile à tester au sol en raison de sa taille. La longueur d'onde à laquelle celle-ci opère l'antenne (9 MHz = 30 m) rend également difficiles les tests au sol. 

Des ruptures technologiques ou des innovations ont-elles été nécessaires à sa réalisation ?

Didier Radola : La principale rupture technologique est liée au système de déploiement passif.

Quelles sont les contraintes souhaitées par l'équipe scientifique de Juice ?

Didier Radola : Un couplage électrique minimal et prédictible au satellite pour améliorer les performances du système antenne-satellite.

Les performances annoncées sont-elles susceptibles d'être bien meilleures dès que Juice sera autour des lunes ?

Didier Radola : Non. Les performances annoncées sont les performances qui ont permis de dimensionner l'antenne.  

Pour en savoir plus

L'Europe ira visiter les mondes de Jupiter avec la mission Juice

Article de Rémy Decourt publié le 05/05/2012

Après avoir confié le développement de la mission Solar Orbiter à Astrium, l'Agence spatiale européenne a dévoilé le nom de la première grande mission de son programme scientifique. Ce sera Juice, une sonde qui partira visiter Jupiter et ses satellites galiléens, une sorte de Système solaire en miniature.

L'Agence spatiale européenne a sélectionné la mission d'exploration de Jupiter et de ses mondes galiléens qui sera la première grande mission du programme Vision cosmique s'étendant sur la période 2015-2025. Juice, pour JUpiter ICy moons Explorer, sera lancée en 2022 par un lanceur Ariane 5 et atteindra Jupiter en 2030.

Juice est ce qui reste de la mission EJSM (Europa Jupiter System Mission) qui devait se faire en partenariat avec la Nasa, avant que les Américains ne sortent du projet pour raisons financières. Elle prévoyait deux sondes, l'une à destination du satellite Europe et réalisée par la Nasa (JEO, Jupiter Europa Orbiter), et l'autre, Jupiter Ganymede Orbiter (JGO, anciennement Laplace), conçue par l'ESA et dédiée à l'étude de Ganymède.

Juice visitera Callisto, l'objet du Système solaire comportant le plus grand nombre de cratères, et effectuera deux survols d'Europe. Elle mesurera pour la première fois l'épaisseur de la croûte glacée d'Europe et recensera des sites adaptés à une future exploration in situ. Le satellite se mettra ensuite en orbite autour de Ganymède en 2032, d'où il étudiera la surface glacée et la structure interne de cette lune, ainsi que son océan de subsurface.

Cette vue de Ganymède a été acquise par la sonde News Horizon, alors en route à destination de Pluton (février 2007). © Nasa, JHUAPL, Southwest Research Institute

Les mondes de Jupiter et la recherche de la vie

La recherche de la vie et la question de l'habitabilité de ces mondes seront le fil conducteur de cette mission. Les chercheurs supposent que ces trois satellites abritent, sous une épaisse couche de glace, des réservoirs d'eau à l'état liquide, comme des océans salés, des lacs qui pourraient abriter une forme de vie bactérienne ou autre. D'où l'idée de rechercher sur Europe des sites propices à une exploration des profondeurs ouvrant la voie à une mission qui pourrait être lancée à cette seule fin à l'horizon 2040.

Contrairement à la Nasa et ses moyens financiers importants, aptes à lui offrir une multitude de missions scientifiques, l'ESA se doit quant à elle d'être bien plus pragmatique et cohérente dans ses choix de missions. Elle ne doit pas léser une communauté scientifique au profit d'une autre et doit être en ligne avec les objectifs scientifiques de son programme Cosmique Vision, résumés en quatre questions :

  • Quelles sont les conditions qui ont amené la formation des planètes et l'apparition de la vie ?
  • Comment le Système solaire fonctionne-t-il ?
  • Quelles sont les lois fondamentales de la physique de l'univers ?
  • Comment l'univers a-t-il commencé et de quoi est-il fait ?

Cette mission a été préférée à deux autres candidates : l'observatoire spatial des ondes gravitationnelles (NGO, ex-programme Lisa) et le télescope spatial Athéna pour l'astrophysique à haute énergie. En raison de la grande valeur scientifique de ces deux missions et du travail déjà accompli, le comité du programme scientifique de l'ESA souhaite que ces deux missions soient candidates à de futures opportunités de lancement.

  • Les lunes glacées de Jupiter constituent l’objectif de la prochaine grande mission scientifique de l’ESA (Agence spatiale européenne).
  • La sonde Juice sera construite par Airbus et partira en 2022 grâce à un lanceur Ariane 5. Elle a été testée en plein air grâce à un hélicoptère.
  • Elle sera équipée d'un radar inédit, appelé Rime, pour sonder jusqu'à 9 kilomètres sous les surfaces d'Europe, Ganymède et Callisto.