La comète 21P/Giacobini-Zinner observée en septembre 2018 alors située à 151 millions de kilomètres du Soleil et juste à 58,6 millions de kilomètres de la Terre. © Greg Ruppel
Sciences

Comet Interceptor : un vaisseau-mère et deux petites sondes pour une mission inédite

ActualitéClassé sous :exploration cométaire , ESA , Exploration robotique

La mission Comet Interceptor est inédite au vu de ses objectifs et la façon dont elle les réalisera. Cette mission à trois engins se mettra en chasse dès l'arrivée d'une comète ou l'arrivée dans le Système solaire d'un objet extrasolaire. Elle s'en approchera à moins de 1.000 kilomètres (encore plus près pour les petites sondes). L'ESA a donc lancé deux études pour définir les différents scénarios de mission et voir comment on construit des satellites qui iront aussi près de ces objets. Les explications de Rémi Challamel, responsable de l'étude Comet Interceptor chez Thales Alenia Space.

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Décidée lors du Salon du Bourget de 2019, la mission Comet Interceptor est composée d'un vaisseau-mère, fourni par l'ESA, à bord duquel se trouveront les deux petites sondes B1 et B2, fournies respectivement par la Jaxa et l'ESA. La mission doit être prête pour son lancement en 2029, elle sera lancée à bord d'un Ariane 62 en tant que copassager du satellite Ariel qui doit étudier l'atmosphère des exoplanètes.

L'ESA vient de choisir Thales Alenia Space en Grande-Bretagne pour mener l'une des deux études parallèles relatives à la mission. Cette phase d'étude se terminera mi-2022 à l'issue de laquelle l'ESA choisira une des deux équipes comme maître d'œuvre final, pour poursuivre le développement du satellite jusqu'à son lancement. Dans le jargon de l'ESA, ce  type de mission  est appelé « Fast Mission ». Elle doit être à la fois plus rapide en matière de cycle de développement et moins coûteuse que les missions scientifiques standards. Comme nous l'explique Rémi Challamel, responsable de l'étude Comet Interceptor chez Thales Alenia Space, la « réalisation de cette mission, nous pousse à combiner des concepts du « new space » (nouveaux programmes spatiaux, plus rapide, moins cher, à risque maîtrisé) avec des concepts robustes ayant fait leur preuve sur des missions scientifiques réalisées par TAS dans le passé ». 

Une mission inédite par plusieurs aspects

Ces 18 mois d'études ne seront pas de trop pour définir la « conception de l'ensemble du vaisseau spatial ainsi que la préparation à la phase de développement incluant les phases d'assemblage, d'intégration et de tests du segment spatial, le support aux opérations de lancement et la mise en service en orbite ». Contrairement aux missions conventionnelles qui sont lancées à destination d'objectifs précis, Comet Interceptor n'en aura aucun d'attitré. C'est pourquoi, il doit « pouvoir couvrir une large gamme de scenarii de rencontres en matière de trajectoire, de cinématique et de géométrie ». En effet, le satellite se mettra en chasse dès qu'une comète à longue période, ou un objet interstellaire de type 'Oumuamua, entrera dans le Système solaire interne. D'ici là, il devra faire preuve de patience et rester en attente jusqu'à deux ou trois ans. Il stationnera au « point de Lagrange L2, qui se trouve à 1,5 million de kilomètres derrière la Terre vue du Soleil. Ce point d'équilibre dans les champs de gravité engendrés par le Soleil et la Terre « permettra au satellite de préserver ses ressources en propulsion ».

Vue d'artiste de Comet Interceptor (Comet-I) d'une des architectures envisagées pour cette mission. © Thales Alenia Space

Ce stationnement du satellite pendant plusieurs années induit plusieurs contraintes, dont la première est « d'avoir un système de propulsion qui pourra à la fois rester en quasi-pause durant la période d'attente et ensuite fournir assez de ressources pour aller explorer une comète lointaine qui aura été désignée comme cible ». Une deuxième contrainte concerne l'avionique, qui doit « gérer l'électronique du satellite (instruments inclus) durant cette longue période d'attente ». Enfin, il est important de définir des concepts opérationnels optimisés, qui permettront de « garantir la sécurité du satellite tout en minimisant les coûts opérationnels durant cette longue attente ». À cela s'ajoute que le guidage, la navigation et le contrôle du satellite s'annoncent très « challenging », d'où la nécessité d'un « mélange de senseurs physiques et d'algorithmes complexes qui permettra une forte autonomie de la mission », car la rencontre avec la comète sera très courte, « de quelques heures à quelques jours, et laissera donc très peu de temps à des interventions directes ou improvisées des équipes au sol ».

Un concept de mission très innovant

Le satellite sera équipé de ce qui se fait de mieux, en matière de protection contre les environnements sévères, qu'ils soient « mécaniques, thermiques ou qu'il s'agisse de radiations, de poussière cométaire et de compatibilité électromagnétique avec les instruments scientifiques très sensibles ».

Comet Interceptor est une approche radicalement différente des approches conservatrices de ce type de mission scientifique

Pour communiquer, son transporteur sera « optimisé pour des communications entre le satellite et la Terre à plus de 1,5 million de kilomètres, mais aussi pour les communications proches entre le satellite « mère » et les deux petits satellites qui vont se rapprocher de la comète ».

Les trois composantes de la mission resteront ensemble avant qu'elles ne se séparent quelques jours en amont de l'interception de la comète. Le vaisseau-mère réalisera un passage à environ 1.000 kilomètres du noyau de la comète, « distance à laquelle le flux de poussière et magma reste gérable, et l'intégrité du satellite peut être assurée ». Quant aux deux petites sondes B1 et B2, elles « s'approcheront beaucoup plus près de la comète afin de réaliser des mesures de plus en plus fines et de plus en plus risquées aussi, ce qui pourra d'ailleurs les condamner ». Chaque sonde sera équipée d'instruments scientifiques, offrant différents points de vue sur le noyau de la comète et ses différents environnements (gaz, poussière, plasma). Ces mesures dites multipoints amélioreront considérablement les informations 3D nécessaires à la « compréhension de la nature dynamique d'une comète, dans son état originel, tandis qu'elle interagit avec l'environnement éolien solaire en constante évolution ».

Si les deux petites sondes devaient ne pas survivre, le satellite principal pourra aller à « la rencontre d'une deuxième comète avec des objectifs réduits, si son état le permet ». Ce qui devrait être le cas puisqu'il sera resté volontairement un peu à l'écart de la première comète.

Pour en savoir plus

Bourget 2019 : l'ESA veut intercepter une comète

Article de Rémy Decourt publié le 21/06/2019

Comet Interceptor, la prochaine mission de classe F de l'Agence spatiale européenne, sera une sonde à destination d'une comète avec un profil de mission inédit. Plutôt que d'attribuer une cible connue bien avant le lancement de l'opération, l'ESA a décidé d'innover. Comet Interceptor sera positionné au point de Lagrange 2 et se mettra en chasse dès qu'une comète à longue période, ou un objet interstellaire de type 'Oumuamua, entrera dans le Système solaire interne. Le but des scientifiques est d'étudier un objet qui n'aurait jamais été altéré par le Soleil. Et qui donc conserverait intactes les conditions régnant dans la nébuleuse primitive. 

Après le survol de la comète de Halley en 1986 par la sonde Giotto et la mission Rosetta autour de 67P/Tchourioumov-Guérassimenko, de 2014 à 2016, Comet Interceptor sera la prochaine mission de l'Agence spatiale européenne à destination d'une comète.

Cette troisième mission cométaire sera très différente des deux précédentes. D'abord parce qu'elle sera composée de trois sondes, de façon à pouvoir réaliser des observations simultanées depuis trois points différents, créant ainsi un profil et une caractérisation inédite en 3D d'une comète. Ensuite, afin de mieux comprendre la diversité et l'évolution de ces astres glacés, le but de la mission est d'intercepter une comète -- dont ce serait la première incursion dans le système Solaire interne, c'est-à-dire qui serait dans un état quasi inchangé depuis sa formation, -- voire, un objet interstellaire de type ‘Oumuamua, lequel a survolé notre Soleil sur une orbite fortement inclinée en 2017. L'idée des scientifiques est de partir à la chasse d'une comète à longue période, de plus de 200 ans et dont celle-ci peut s'étendre à plusieurs millions d'années. En règle générale, ce type de comète provient du nuage de Oort, une région située à plus de 10.000 UA du Soleil et qui contiendrait des milliards de comètes.

Vue d'artiste d' ‘Oumuamua. D'aspect rougeâtre et en forme de cigare avec une longueur de 800 mètres et une largeur de 80 mètres environ, qui plus est sur une orbite hyperbolique le conduisant à quitter le Système solaire à près de 90 km/s, il s'agit incontestablement d'un astéroïde ou d'une comète interstellaire. © ESO

Intercepter une comète depuis le point de Lagrange L2

Comet Interceptor sera lancé en 2028 en tant que copassager du satellite Ariel qui doit étudier l'atmosphère des exoplanètes, également conduit par l'Agence spatiale européenne. Ces deux missions seront lancées au point de Lagrange L2, un point d'équilibre dans les champs de gravité engendrés par le Soleil et la Terre qui se trouve à 1,5 million de kilomètres derrière la Terre vue du Soleil.

Si Ariel y stationnera tout au long de sa mission, Comet Interceptor attendra qu'une comète, ou qu'un objet interstellaire, entre dans le Système solaire interne pour se mettre en chasse et la rejoindre. Quelques semaines avant la rencontre, les trois modules se sépareront et se positionneront autour de la comète pour l'étudier. Chaque module sera équipé d'une charge scientifique complémentaire, offrant différentes perspectives simultanées du noyau de la comète et de son environnement gazeux, poussiéreux et plasmatique. Comet Interceptor sera ainsi aux premières loges pour observer les altérations de surface que ne manqueront pas de provoquer le vent et les rayonnements solaires

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