L’astéroïde Ryugu photographié avec la caméra ONC-T (Optical Navigation Camera - Telescopic) quand Hayabusa-2 était à environ 40 km de sa cible. © Jaxa, université de Tokyo, Kochi University, Rikkyo University, Nagoya University, Chiba Institute of Technology, Meiji University, Aizu University, AIST

Sciences

La sonde Hayabusa 2 rapportera un peu de l'astéroïde Ryugu

ActualitéClassé sous :hayabusa-2 , astéroïde Ryugu , astéroïde 1999 JU3

Partie en 2014, la sonde japonaise Hayabusa-2 est arrivée à son point de référence, à 20 kilomètres de l'astéroïde Ryugu. Les trois très petits rovers Minerva et l'atterrisseur Mascot, qu'elle transporte, sont en parfait état de fonctionnement. Aurélie Moussi, chef de projet Cnes, nous explique les difficultés techniques qui attendent Mascot quand il se posera sur l'astéroïde, et Hayabusa-2 quand elle collectera des échantillons à ramener sur Terre.

C'est fait. Après un voyage de 3,5 ans, la sonde Hayabusa-2 de la Jaxa est arrivée à destination de l'astéroïde Ryugu. Elle est aujourd'hui sur sa position de référence, à seulement 20 kilomètres et vole en formation avec l'astéroïde. Un rendez-vous qui s'est déroulé à plus de 280 millions de kilomètres de la Terre.

Le but de cette mission japonaise, à laquelle participent le Cnes (le Centre national d'études spatiales) et le DLR allemand, est l'étude et le retour d'échantillons primordiaux. L'objectif scientifique est de mieux comprendre les processus de formation des planètes et, plus généralement, d'obtenir des informations sur les premiers millions d'années du Système solaire, voire avant avec l'éventuelle présence de grains pré-solaires.

Hayabusa-2 embarque aussi les trois très petits rovers Minerva conçus pour tester les déplacements dans des environnements à très faible gravité et Mascot (Mobile Asteroid Surface Scout). Cet atterrisseur, développé́ par le DLR en coopération avec le Cnes, doit permettre de « compléter par des analyses in situ les mesures obtenues à distance par Hayabusa-2 ainsi que d'aider à la sélection des sites de prélèvement des échantillons », nous explique Aurélie Moussi, chef de projet Cnes de cette contribution française.

Instruments MicrOmega, Cam, Mara et Mag de Mascot. © DLR

Dans le cadre de cette participation, le Cnes a « fourni les antennes de Mascot pour communiquer avec la sonde, la batterie et le système d'alimentation électrique ». Le Cnes, très impliqué dans la sélection du site d'atterrissage de Mascot, a aussi « la responsabilité de l'analyse de la phase de séparation, de descente et d'atterrissage de cet atterrisseur ». La France fournit aussi MicrOmega l'instrument principal à bord de Mascot qui en compte trois autres. Développé par l'Institut d'astrophysique spatiale, ce microscope infrarouge hyperspectral pour analyse minéralogique in situ du sol est conçu pour « déterminer la composition minéralogique de chaque grain de poussière qu'il observera ».

Une fois la sonde est arrivée à bon port, « elle va cartographier Ryugu pour préparer l'atterrissage de Mascot et recenser les sites de collecte des échantillons les plus prometteurs ». Pour compléter les données acquises depuis des observatoires terrestres « qui ne sont pas suffisantes pour tracer des cartes de la surface de Ryugu et encore moins le modéliser », la sonde effectuera des survols rapprochés, à seulement 5 et 3 kilomètres de sa surface. Il est aussi « prévu de laisser chuter Hayabusa-2 à proximité de l'astéroïde pour calculer la force de gravité de Ryugu », de façon à préparer au mieux le largage de Mascot.

Trois sites à identifier pour collecter des échantillons

Pour répondre aux objectifs scientifiques de la mission, l'équipe scientifique de Mascot cherche un site d’atterrissage « suffisamment intéressant et qui ne gêne pas la première collecte des échantillons de Hayabusa-2 ». Mascot doit se poser dans une région riche en molécules organiques et matériaux hydratés. Il s'agit d'éléments très intéressants pour comprendre la formation du Système solaire et estimer si « les comètes et les astéroïdes ont apporté les briques nécessaires à la vie sur Terre ».

La sélection de ces sites est prévue vers la mi-août au Cnes à Toulouse, et le largage devrait intervenir cet automne. Mascot sera séparé d'Hayabusa-2 à une distance de seulement 50 ou 60 m d'altitude de Ryugu. Après une descente balistique et sans dispositif de stabilisation, on s'attend à ce qu'il touche la surface de l'astéroïde à la vitesse de 10 cm par seconde avec à la clé quelques rebonds au cours desquels uniquement deux instruments fonctionneront. « Si nous savons que Mascot va rebondir, nous ne souhaitons pas qu'il le fasse trop longtemps », l'objectif est de « rebondir moins d'une heure sur une distance d'une dizaine de mètres ». Le nombre de rebonds dépendra principalement de la nature du sol : « plus il sera dur et plus nombreux ils seront ». Mascot devrait fonctionner « pendant environ 15 heures, ce qui doit permettre au petit robot d'analyser l'astéroïde durant deux jours et deux nuits ».

Compte tenu de la distance entre la Terre et Ryugu, le signal mettra 18 minutes pour faire le voyage. En raison de ce délai, il sera impossible de communiquer en temps réel avec Mascot, ce qui signifie qu'il « ne pourra pas compter sur les contrôleurs au sol pour l'aider à se poser sur l'astéroïde ». Il devra se débrouiller seul.

Hayabusa-2 collectera des échantillons de trois sites différents. © Akihiro Ikeshita, Jaxa

Quant à Hayabusa-2, elle doit récupérer des échantillons et cela trois sites. « C'est évidemment très ambitieux ! » Le premier prélèvement aura lieu à proximité de Mascot. « L'idée est de trouver des sites que l'on suppose similaires mais pas au même endroit. » Pour le troisième prélèvement, le défi est de creuser un cratère de 50 cm de profondeur, à l'aide d'un impacteur embarquant une charge explosive, puis de récupérer des échantillons qui « n'auraient pas été altérés par l'érosion de la surface ».

Pour se guider par rapport à la surface de l'astéroïde et éviter qu'elle entre en collision, Hayabusa-2 utilisera « des billes de métal comme point de repère, qui seront lancées puis détectées par son Lidar ». Des capteurs sont aussi installés sous les panneaux solaires pour « éviter qu'ils frottent contre la surface de l'astéroïde » et l'alertent de sa proximité par rapport à Ryugu.

Le Cnes participera à l'analyse des échantillons amenés sur Terre

La sonde devrait repartir de Ryugu en décembre 2019 en vue d'un retour sur Terre avec des échantillons collectés à sa surface un an plus tard, soit en décembre 2020. Pour le retour scientifique, l'utilisation de Mascot n'est pas anodine. Il est en quelque sorte « le chaînon manquant entre d'une part Hayabusa-2 et son étude de Ryugu depuis une distance de 20 kilomètres et, d'autre part, l'analyse en profondeur des échantillons récupérés sur Terre ». Mascot permet de faire le lien entre ces deux analyses, apportant « la réalité terrain » pour fiabiliser les conclusions.

Concernant l'analyse des échantillons, le Cnes devrait aider les Japonais lors de l'analyse préliminaire à l'aide du double de MicrOmega pour comparer les résultats acquis sur Ryugu et ceux sur Terre. Après cette phase, qui devrait durer une année, des laboratoires français répondront aux appels d'offres pour analyser les échantillons en détails.

  • Hayabusa-2 doit rapporter des échantillons de l'astéroïde Ryugu collecté depuis trois sites différents.
  • Des difficultés techniques attendent l'atterrisseur Mascot, inédit, et la sonde pour mener à bien leurs missions.
  • Mascot a été développé par le DLR, avec une participation importante du Cnes. 
Pour en savoir plus

La sonde Hayabusa 2 arrive en vue de sa cible, l'astéroïde Ryugu

Article de Xavier Demeersman publié le 26/06/2018

Partie de la Terre en 2014, la sonde Hayabusa-2 est maintenant arrivée aux portes de sa nouvelle demeure, l'astéroïde Ryugu. Plutôt arrondi sur les premières photos, il y a 15 jours, le géocroiseur arbore en réalité une étonnante forme cubique !

Après un long périple de quelque 3,2 milliards de kilomètres, la sonde japonaise Hayabusa-2 est arrivée en vue de 1999 JU3, plus connu sous le nom de (162173) Ryugu, l'astéroïde de la famille Apollon autour duquel elle va passer plusieurs mois.

Les images de Ryugu se succèdent ces derniers jours. Encore floues il y a dix jours, elles sont de plus en plus précises à mesure que le vaisseau se rapproche. Tous deux sont actuellement à environ 280 millions de kilomètres de la Terre. On commence à voir les rochers épars à sa surface et aussi ses plus grands cratères. Ce 25 juin, la sonde était à près de 20 km de ce géocroiseur de 900 m de diamètre. Elle se rapproche à une vitesse moyenne de 11 mètres par seconde (environ 40 km/h). Son arrivée en orbite, prévue pour ce mercredi 27 juin, est donc imminente. Prélude à une mission passionnante, parallèlement à celle d'Osiris-Rex qui arrivera lui aussi bientôt autour de sa cible, l'astéroïde Bennu.

L’astéroïde Ryugu, entre 220 et 100 km de distance. © Jaxa, Université de Tokyo, Kochi University, Rikkyo University, Nagoya University, Chiba Institute of Technology, Meiji University, Aizu University, AIST

L’étrange forme de l’astéroïde Ryugu

Alors, comme le montre ces images, l'astéroïde n'est pas vraiment sphérique... « De loin, Ryugu est d'abord apparu rond, puis est progressivement devenu carré avant d'avoir une belle forme semblable à de la fluorite [surnommée « pierre de lucioles » en japonais], a commenté le chef de la mission, Yuichi Tsuda. Maintenant, les cratères sont visibles, les roches sont visibles et ses caractéristiques géographiques semblent varier d'un endroit à l'autre. Cette forme de Ryugu est scientifiquement surprenante et pose aussi quelques défis d'ingénierie. »

Ryugu vient de Ryugu-jo qui est le nom, dans la mythologie japonaise, de la demeure du dragon Ryūjin. La légende raconte que ce palais sous-marin était fait, selon les versions, de corail (rouge et blanc) ou de cristal et que chacune des quatre saisons était représentée sur ses côtés. Au Japon, Ryūjin est fêté chaque année au mois de juin — surgissant des nuages pour apporter la pluie, il était invoqué durant les sécheresses. Et cette année, le « faucon » (hayabusa) a rendez-vous avec ce divin palais à qui l'on découvre justement une forme de cube.

La sonde en ramènera à l'horizon 2020 une petite poignée de poussière volée à sa surface, un peu comme le pêcheur qui a rapporté une boîte du palais sous-marin... Il est certain que de beaux trésors sont à découvrir dans ce sombre palais qui conserve des témoignages de la formation du Système solaire.

Hayabusa-2 a donc pour mission de faire plus ample connaissance avec cet astéroïde de type C, donc carboné (et on lui soupçonne même une activité cométaire passagère...). Dans un premier temps, il sera question aussi d'identifier les meilleurs sites candidats pour l'atterrisseur Mascot (Mobile Asteroid Surface Scout) qui l'a accompagnée durant tout son voyage. Le petit engin (Cnes et DLR) sera largué au cours de l'automne prochain. En chute libre, à l'instar de Philae sur la comète bilobée Tchouri (un atterrissage plein de rebondissements), mais à la différence que le petit nouveau n'a pas de harpons. Enfin, au terme de sa mission, Hayabusa-2 s'en retournera vers la Terre avec sa précieuse cargaison de poussière.


Hayabusa-2 va partir étudier un astéroïde... et en revenir

Article de Rémy Decourt publié le 28 novembre 2014

Au Japon, le lancement d'Hayabusa-2, initialement prévu le dimanche 30 novembre, a été reporté en raison des mauvaises conditions météo à ce lundi 1er décembre, à 5 h 24 en heure française. Cette nouvelle mission à destination d'un astéroïde a pour ambition, cette fois, le retour d'échantillons sur Terre et l'atterrissage de quatre petits engins, dont l'atterrisseur Mascot, fourni par la France et le DLR allemand.

Si les conditions météorologiques sont favorables, le Japon devrait lancer ce lundi 1er décembre à 13 h 24 en heure locale (il sera 5 h 24 en France métropolitaine), la sonde spatiale Hayabusa-2 à destination de l'astéroïde de type C, 1999 JU3 (Ryugu). Cette mission, dont nous avons abordé les objectifs dans un précédent article, atteindra sa cible, en juin 2018 pour y déposer trois après (début octobre 2018) trois engins et récupérer des échantillons et cela non pas depuis un seul site mais trois ! C'est évidemment très ambitieux. Elle devrait en repartir en décembre 2019 en vue d'un retour sur Terre des échantillons collectés à sa surface, un an plus tard, soit en décembre 2020.

Si vous avez aimé l’atterrissage mouvementé de Philae sur la comète Churyumov-Gerasimenko, vous allez adorer la mission de Mascot, l'atterrisseur (lander) fournis par la France et le DLR allemand. Pour nous en parler, nous avons rencontré Muriel Deleuze, chef du projet en développement au Cnes. « aLe Cnes a fourni les trois antennes pour communiquer avec la sonde japonaise, la batterie et, comme pour Philae, a la responsabilité de l'analyse de la phase de séparation, de descente et d'atterrissage ». À l'instar de Philae, il va calculer l'instant de séparation et la trajectoire de Mascot selon la connaissance acquise de l'astéroïde, l'altitude de la sonde, les différents modèles de forme et de gravité et bien évidemment participer à la sélection du site d'atterrissage.

Se poser sur un astéroïde et repartir avec des échantillons

L'idée est de déposer Mascot sur un site similaire au premier des trois sites d'où seront récupérés des échantillons et de « faire un prélèvement aussi représentatif que possible du site analysé par l'atterrisseur ». Pour le troisième prélèvement, le défi est de creuser un cratère de 50 cm de profondeur, à l'aide d'un impacteur, puis de récupérer des échantillons qui « n'auraient pas été altérés par l'érosion de la surface ».

Acronyme de Mobile Asteroid Surface Scout, Mascot est un atterrisseur construit sous la maitrise d'œuvre de la DLR (Agence spatiale allemande) en seulement trois ans. Il se différencie nettement de Philae et se « présente sous la forme d'un parallélépipède de 30 cm de côté (une boite à chaussure !) ». Il est beaucoup plus simple dans sa conception que le robot de Rosetta qui s'est posé récemment sur la comète et pèse dix fois moins : 10 kg contre 100.

À la différence de Philae qui embarquait deux batteries — la primaire, celle qui lui a permis de fonctionner et travailler sur la comète dès son atterrissage et une seconde, conçue pour plusieurs cycles de chargement —, Mascot n'en possède qu'une seule, non rechargeable. En théorie, elle doit lui permettre de « fonctionner pendant environ 12 heures ». Sa mission sera terminée dès que la batterie sera vide. « Pour l'anecdote, cette batterie est constituée de neuf piles qui ont été développées pour Philae. »

L'énergie fournie par cette batterie sera utilisée pour faire fonctionner les quatre instruments embarqués (contre 10 dans le cas de Philae) dont le microscope infrarouge hyperspectral pour analyse minéralogique in situ du sol. Fourni par la France, MicrOmega est un instrument développé par l'Institut d'astrophysique spatiale (IAS). Il est conçu pour déterminer la composition minéralogique de chaque grain de poussière qu'il observera. L'un des très grands intérêts de cet instrument, « et c'est en partie pourquoi les Japonais l'ont sélectionné », est qu'il a un lien avec la mission de retour d'échantillons d'Hayabusa-2. « En effet, cela permettra de comparer l'analyse minéralogique in situ avec les échantillons de l'astéroïde ramenés sur Terre qui peuvent avoir été altéré par le retour ou lors du prélèvement. »

Encore des rebonds imprévisibles

Mascot sera séparé d'Hayabusa-2 à une distance de seulement 60 m d'altitude. On s'attend à ce qu'il touche la surface de l'astéroïde à la vitesse de 10 cm par seconde, 10 fois moins vite que Philae. Au contact, il sera amorti par la structure, « qui n'est pas d'une raideur infinie » et bien évidemment par la surface selon la nature du sol (dur ou souple). « On espère un amortissement de l'ordre de 30 à 50 % ; comme pour Philae il y a un risque qu'il s'enfouisse dans le sol. »

Avant de se stabiliser sur la surface de l’astéroïde, Mascot effectuera de nombreux rebonds. Sa durée de vie dépendra du fonctionnement de sa batterie estimée à quelque 12 heures. © Cnes

À la différence de ce dernier, Mascot ne possède pas de harpon. « D'ailleurs il n'en a pas besoin, car il n'a pas de contrôle d'attitude » de sorte qu'il n'est pas possible de savoir de quel côté il va se poser. Lorsqu'il se séparera de Hayabusa-2, il partira en vrille et réalisera plusieurs rebonds contre la surface avant de s'immobiliser. « Si nous savons que Mascot va rebondir, nous ne souhaitons pas trop longtemps. L'objectif est de rebondir moins de deux heures sur une distance d'une dizaine de mètres ». Leurs nombres dépend principalement de la nature du sol : « plus il sera dur et plus nombreux ils seront ».

Avec un poids de seulement 0,1 g, « contre 10 kg sur Terre », la principale préoccupation est moins un endommagement ou la casse de l'engin que de le voir passer son temps à rebondir avec le risque qu'il rate sa cible, mais surtout « qu'il rebondisse tellement qu'il finit par ne plus retomber et se satellise autour de l'astéroïde ».

Autres difficultés de la mission

Si aucune panne technique ou mécanique ne vient entraver la mission, avec les rebonds, « l'autre incertitude concerne le mécanisme qui permet à Mascot de se retourner pour qu'il soit à la bonne position ». Il faut savoir que celui-ci a seulement été testé par analyse, car il n'est pas possible de le faire en pesanteur terrestre. Et pour le bon fonctionnement de l'instrument français MicrOmega, il est très important qu'il se retrouve le nez contre la surface sans quoi il ne pourra pas fonctionner.

Quant aux antennes fournies par le Cnes, deux sont installées sur l'engin. Comme on ne sait pas dans quelle position il va se poser à la surface, il était important que Mascot soit en capacité de communiquer avec la sonde quelles que soient la configuration dans laquelle il se trouve sur l'astéroïde et l'attitude lors de la phase de descente. « D'où la décision d'installer deux antennes omnidirectionnelles sur deux faces opposées de Mascot. » Quant à la troisième, elle se situe sur la sonde elle-même et sera utilisée uniquement pendant la phase de croisière pour des communications RF entre les deux engins.

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