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Le bouclier thermique de Solar Orbiter pour s'approcher du Soleil

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En 2018, Solar Orbiter, une sonde de l'Agence spatiale européenne, s'élancera vers le Soleil avec comme mission principale d'étudier les éruptions et le vent solaires. Elle devra s'approcher très près de notre étoile, à environ 42 millions de kilomètres, et sera protégée par un bouclier thermique que nous avons rencontré chez son constructeur Thales Alenia Space.

À ce jour, le record de distance à proximité du Soleil est détenu par la sonde Helios de la Nasa, qui s’en était approchée à 43,5 millions de km en avril 1976. Même si elle le dépasse, celui de Solar Orbiter ne tiendra pas longtemps. Le record sera en effet pulvérisé en 2024 par Solar Probe Plus de la Nasa, laquelle devrait s’en approcher à seulement 6,3 millions de km. ©

La sonde Solar Orbiter de l'Agence spatiale européenne (Esa) s'approchera du Soleil comme jamais aucun autre engin ne l'avait fait auparavant : 42 millions de kilomètres seulement. À cette distance, la température voisinera les 500 à 600 °C. D'où la nécessité d'un bouclier thermique performant qui ne limite pas les observations et ne perturbe pas l'acquisition des données.

« La protection thermique de la sonde ainsi que la neutralité magnétique et moléculaire requise pour pouvoir effectuer efficacement les mesures scientifiques les plus sensibles » étaient les deux principaux points durs technologiques qui conditionnaient la réussite de la mission, nous expliquait Orlane Bergogne, architecte des opérations du programme Solar Orbiter chez Airbus Defence and Space, responsable industriel du programme. Depuis, les équipes ont bien avancé, comme le montrent ces images prises lors d'une visite durant la réalisation de ce bouclier.

La face avant du bouclier thermique de Solar Orbiter avec des détails de son intérieur. © Rémy Decourt

Résister et travailler à quelque 600 °C

D'ici peu, Thales Alenia Space s'apprête à le tester dans sa configuration définitive pour qualifier la performance structurelle et thermique du bouclier thermique. Jusqu'à présent, seuls des modèles d’ingénieries et structuraux avaient été utilisés pour valider les choix technologiques.

Ce n'est pas encore la sonde qui s'envolera mais un modèle identique en masse, en taille, en forme et réalisé avec les mêmes matériaux. Ce bouclier, de 3,1 m x 2,4 m, est percé de trois trous circulaires qui permettront aux quatre instruments dédiés à l'observation directe du Soleil d'opérer derrière une protection en béryllium ou en verre. Les matériaux de la protection thermique ont également été choisis pour minimiser la production de contaminants qui pourraient dégrader la performance des instruments optiques.

Les faces avant (en haut) et arrière du bouclier de la sonde Solar Orbiter. © Rémy Decourt

Il se présente sous la forme de deux panneaux constitués de multiples couches de titane, d'un revêtement en carbone, de couverture thermique et ils sont espacés de 40 centimètres environ. Le premier panneau, le plus fin (bouclier avant), reçoit le rayonnement solaire et le réémet dans l'espace en infrarouge et aussi vers le panneau intérieur.

Cette dernière partie du flux thermique « rebondit » entre les deux panneaux puis finalement s'échappe au travers des faces latérales du bouclier qui sont ouvertes vers l'espace. Le bouclier thermique permet une réduction de la température d'environ 600 °C (température maximale du bouclier avant à la distance minimale du Soleil) à quelque 50 °C, ce qui correspond à la température attendue à l'intérieur du satellite lorsqu'il sera au plus près du Soleil.