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Venus Express va tenter l'aérofreinage dans l'atmosphère de la planète

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Lancée le 9 novembre 2005 par un Soyouz depuis le cosmodrome russe de Baïkonour au Kazakhstan, Venus Express est arrivée autour de Vénus le 11 avril 2006. Bientôt à court de carburant, cette sonde de l'Agence spatiale européenne achèvera sa mission ces prochaines semaines ou prochains mois. Avant qu'elle ne se désagrège dans l'atmosphère de Vénus, elle viendra toucher l'épaisse atmosphère pour une séquence d'aérofreinage. Patrick Martin, chef de la mission, nous explique cette manœuvre délicate.

Les essais d’aérofreinage autour de Vénus que s’apprête à réaliser la sonde Venus Express ne sont pas les premiers du genre. En son temps, la sonde américaine Magellan (mai 1989-octobre 1994) avait déjà fait de telles manœuvres au-dessus de Vénus. © Esa/C. Carreau

Huit ans après son arrivée autour de Vénus, la mission de la sonde Venus Express touche à sa fin. Faute de carburant, elle devrait très prochainement faire son plongeon final dans l'atmosphère de cette planète d'ici à la fin de l'année.

Sans surprise, le retour scientifique est très important. Comme le souligne Håkan Svedhem, de l'équipe scientifique de Venus Express, la sonde a « montré une planète changeante tout au long de son histoire » et donné des indices sur la façon dont elle « a changé depuis sa formation il y a 4,6 milliards d'années ».

En orbite autour de Vénus depuis 2006, la sonde européenne Venus Express arrive au terme de sa mission. Au mois de juillet, l'Esa va abaisser son altitude jusqu'à lui faire atteindre la haute atmosphère de la planète. Il en résultera un aérofreinage qui devrait durer un mois. La sonde regagnera ensuite une altitude plus élevée. L'Agence spatiale européenne veut ainsi tester ce genre de manœuvre qui permet de réduire la vitesse d'un vaisseau sans dépenser de carburant. © Esa

Les sept instruments qu'elle embarque ont permis une étude complète de la surface de Vénus, de l'ionosphère et de l'atmosphère, les objectifs de la mission. Ces éléments permettent de mieux comprendre pourquoi cette planète et la Terre ont évolué si différemment alors qu'elles se ressemblent tant. On a ainsi appris que Vénus, comme la Terre, a probablement connu durant une certaine période une tectonique des plaques et pourrait même avoir abrité un océan. On retiendra également des données significatives sur le volcanisme et son champ magnétique. Ce n'est pas pour rien que l'on considère Vénus comme la sœur jumelle de la Terre.

Mais, si le bilan scientifique est bon voire excellent, cette mission signe également un « succès technique majeur » tient à nous préciser Patrick Martin, le chef de la mission.

La plateforme autour de laquelle a été construite Venus Express est une version dérivée de celle de Mars Express, actuellement en orbite autour de Mars. Elle a été adaptée à l'environnement vénusien et à la proximité du Soleil et pourtant construite dans des délais très courts pour l'époque. Jamais un satellite scientifique de l'ESA n'avait été fabriqué aussi rapidement puisqu'il a fallu moins de quatre ans au consortium pour mener le projet à bien, de la conception au lancement. Preuve de sa robustesse, à l'origine du projet, la sonde devait fonctionner pendant deux petits jours vénusiens (486 jours terrestres tout de même).

Venus Express va fair du surf dans l'atmosphère

La fin de la mission de la sonde sera tout aussi passionnante que ces huit années en orbite. L'Agence spatiale européenne prépare un « audacieux plongeon dans l'atmosphère et va expérimenter une phase d'aérofreinage ». Cette manœuvre consiste à utiliser les forces de frottement exercées par l'atmosphère pour décélérer la sonde sans quasiment utiliser de carburant. Dans le cas de Venus Express, l'idée est de l'amener en 2 mois, du 17 mai au 11 juillet, de près de 200 km d'altitude à seulement 130 km environ au-dessus de la surface.

Venus Express dans les locaux de Intespace (Toulouse, France). D'une masse de 1.240 kg dont 93 kg de charge utile et environ 570 kg d'ergols, Venus Express mesure 1,5 X 1,8 X 1,4 m. Elle a une envergure d'environ 8 m une fois ses panneaux solaires déployés. Elle a été construite par EADS Astrium (aujourd'hui Airbus Espace) autour de la même plateforme que celle de Mars Express. © Esa, S. Corvaja

La sonde devrait rester sur un plateau d'aérofreinage pendant un mois environ. « Mais ce ne sera pas simple. » Le centre de contrôle ESOC de Darmstadt près de Francfort, surveillera la pression dynamique que subira la sonde pour éviter de la faire trop souffrir. Elle sera amenée à l'altitude la plus basse possible, qui peut varier selon les conditions. En effet, sur Vénus, la pression atmosphérique à haute altitude dépend de la position de la planète par rapport au Soleil, ce qui influe sur la densité de l'atmosphère. Plus bas, elle serait trop dense et cela « risquerait de trop endommager la sonde ».

Pendant le premier mois de descente en altitude ainsi que sur le plateau d'aérofreinage à 130 km d'altitude, un « petit programme scientifique est prévu ». Seuls deux instruments, sur les sept à bord, fonctionneront. Il s'agit d'Aspera, Analyseur de plasma et d'atomes neutres à haute énergie et du magnétomètre MAG dont la fonction principale est d'étudier le champ magnétique de la planète. Des capteurs propres à Venus Express, comme les accéléromètres et les gyroscopes, seront utilisés pour aider à fournir des informations sur la densité, la température, les paramètres de plasma autour de la sonde, voire les vents à haute altitude. « Compte tenu de l'utilisation des panneaux solaires et d'un contrôle d'attitude spécifique à l'aérofreinage », il n'est pas possible d'utiliser les cinq autres instruments qui nécessitent un pointage.

Si tout va bien, le 11 juillet, la sonde sera ensuite progressivement remontée à 450 km d'altitude pour une « ultime phase d'opérations scientifiques », s'il reste suffisamment de carburant à bord et si la « plateforme et les instruments survivent à la phase d'aérofreinage ».

Cette durée de vie restante est bien difficile à déterminer. En effet, malgré des mesures effectuées depuis le sol, « il existe une incertitude de 30 % » sur les réserves en carburant de la sonde (570 kg d'ergols au lancement). Il est également possible que du carburant, « plus d'un kilogramme », soit piégé dans certaines partie du réservoir et donc « inaccessible au moteur de la sonde ».

Préparer de futures missions

Les données techniques recueillies par cette phase expérimentale d'aérofreinage serviront à de futures missions d'exploration qui pourront employer « l'aérofreinage pour se placer en orbite ou atterrir sur un objet planétaire ». Cela sera le cas en 2017 de l'orbiteur d’ExoMars 2016 qui se mettra en orbite circulaire autour de Mars en utilisant les principes de cette technique.

Enfin, ces essais d'aérofreinage, s'ils se révèlent concluants, ouvriront la voie à des missions futures plus ambitieuses « une fois que cette technique sera bien maîtrisée ». Lors d'un prochain appel à proposition de mission de type M du programme Vision Cosmique de l'ESA, le Comité scientifique s'attend à ce qu'une équipe européenne propose une nouvelle mission à destination de Vénus. On peut imaginer l'envoi d'un rover explorer sa surface ou laisser dériver, au grè des vents vénusiens, un ballon.

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