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Rosetta : l’atterrissage de Philae sera délicat, explique Francis Rocard

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Après les premières photos dévoilées hier de la comète 67P/Churyumov-Gerasimenko acquises durant la phase de rendez-vous avec Rosetta qui s'est déroulée ce 6 août 2014, Francis Rocard, responsable des programmes d'exploration du système solaire au Cnes, nous explique la suite des opérations pour la sonde spatiale, notamment l'atterrissage du module Philae, qui s'annonce risqué.

Deux sites d’atterrissage sont possibles. Un premier au niveau du creux sombre en bas à droite de cette image, et un second au niveau de la crête en haut à droite. © Esa, Rosetta, MPS for Osiris Team, UPD, LAM, IAA, SSO, INTA, UPM, DASP, IDA

Après le rendez-vous de Rosetta avec sa comète, 67P/Churyumov-Gerasimenko, ou « Chury » (67P, pour faire court), la sonde vole de concert avec elle. Les premières questions sur la forme inattendue de la comète et sur la suite des opérations fusent déjà. Francis Rocard, responsable des programmes d'exploration du Système solaire au Cnes, détaille pour Futura-Sciences les premières analyses de la comète et le travail qui attend la sonde européenne.

Comme l'ont montré les images récentes, on a « manifestement deux morceaux qui se sont collés à faible vitesse » commente le chercheur. « Cela rend la comète fragile de sorte qu'elle peut se casser demain comme dans 10.000 ans. » Cependant, cette fragilité est relative quand on sait qu'elle passe tous les 6,5 ans à proximité du Soleil (périhélie). Mais si elle devait se casser lors de la mission, « ce serait un événement extraordinaire, car nous serions aux premières loges ».

Ces prochaines semaines, bien que des observations scientifiques soient prévues, Rosetta va principalement s'atteler à préparer au mieux l'atterrissage de Philae, un petit lander réalisé par un consortium international, sous la responsabilité de l'Allemagne et le Cnes pour partenaire principal.

Les contraintes de l’atterrissage de Philae

« Tel qu'il se présente, le noyau de la comète est un souci pour son atterrissage. » Déjà sur une comète ordinaire, trouver un endroit qui ne soit pas trop rugueux et des pentes qui ne mettent pas en danger l'atterrissage n'est vraiment pas simple, alors avec une « forme comme celle de Churyumov-Gerasimenko, cela devient très compliqué ». Ce site sera déterminé au cours des prochaines semaines, à partir des données recueillies et d'un certain nombre de paramètres à respecter. À l'instar de la Nasa, qui a posé le rover Curiosity à l'intérieur du cratère Gale, il y a tout juste deux ans, le 6 août 2012, le but pour Philae est de positionner « une ellipse d'incertitude de "3 sigma" représentant une région d'un kilomètre à l'intérieur de laquelle la sonde a 99 % de chance d'atterrir ». Aussi, compte tenu de la forme du noyau, « positionner cette ellipse d'un kilomètre s'avère d'autant plus compliqué en raison des nombreuses contraintes propres à Philae ».

Vue d'artiste du largage de Philae qui se fera depuis une distance de seulement 2,5 kilomètres au-dessus de la surface de la comète. © Esa

Le principal problème reste la taille de la comète : quatre kilomètres dans sa plus grande longueur. Philae va « devoir viser un point à l'intérieur de l'ellipse et arriver autour, à 500 mètres près. Cela va nécessiter de bien étudier la trajectoire ». Les modèles en 3D de la forme du noyau que va créer successivement le Laboratoire d'Astrophysique de Marseille (université Aix-Marseille) seront d'une très grande utilité. D'autant plus que la précision de l'atterrissage n'est pas le seul souci des contrôleurs au sol.

Il est « impératif de ne pas poser Philae à l'ombre ». Or, toujours en raison de sa forme, une très grande partie de sa surface y est ! La lumière du Soleil est en effet vitale pour ce petit robot, alimenté par des panneaux solaires. Il est donc « prévu de se poser, grosso modo, à l'équateur et au matin pour avoir 6 heures d'ensoleillement après son atterrissage ». Mais ce n'est pas tout. La rugosité du sol est également importante. Il ne faudrait pas qu'il se pose sur un terrain où des montagnes sont susceptibles de se cacher, cela « pourrait créer des problèmes de communication entre les deux engins ». En effet, les données de Philae sont relayées par Rosetta et il est donc important que tous deux soient en visuel aussi longtemps que possible même si le module a une mémoire de masse. Pendant son cycle de fonctionnement, il est « important de la vider régulièrement, car attendre un passage de la sonde, gaspillera de l'énergie pour rien ».

Les scientifiques n'ont encore aucune idée précise de sa durée de vie. C'est pourquoi dès son atterrissage, « un programme scientifique débutera par la réalisation d'un panorama complet, à 360°, du site d'atterrissage ». Unique, il ne sera en stéréo que sur 60°. Son imageur, l'instrument Civa (Comet Infrared and Visible Analyser) comprend sept caméras, dont la paire en stéréo. De l'analyse du panorama dépendra la suite des opérations.

Le petit Philae ressemble à un cube à quatre faces monté sur trois pieds. Trois de ses côtés supportent les panneaux solaires tandis que le quatrième abrite les instruments scientifiques. Il est donc très important que les panneaux solaires soient dirigés vers le Soleil. Si ce n'est pas le cas, « Philae a la possibilité de tourner sur lui-même et de corriger son assiette ». Cependant, ces manœuvres ne seront réalisées qu'en cas d'extrême nécessité. En effet, « personne ne veut prendre le risque qu'un problème survienne lors d'une manœuvre ». Pour que la décision soit prise de le tourner, « il faudrait des craintes très fortes, comme un très mauvais emplacement des panneaux solaires ». C'est l'analyse du panorama qui décidera ou non la modification de sa position. Les contrôleurs au sol et les scientifiques n'auront que 4 heures entre l'acquisition des images et l'ordre envoyé à Philae (via Rosetta).

Au cours de cette partie de la mission, la sonde spatiale sera entièrement dédiée à l'atterrisseur et mise dans la meilleure configuration possible pour l'aider.

À noter que dans un premier temps, le module fonctionnera sur pile non rechargeable. Il est très difficile de « déterminer sa durée de vie, elle peut fonctionner jusqu'à cinq jours après sa mise en route ». Le relais sera pris par les panneaux solaires qui rechargeront une batterie de faible puissance. Cela permettra au lander de fonctionner longtemps, avec un seul instrument à la fois. Dès ce moment, Rosetta ne sera plus en soutien de Philae. Il s'affairera autour de ses propres objectifs et communiquera avec la sonde, lors des phases de visibilité entre les deux engins. Pour l'essentiel, ce sera du téléchargement de données à relayer vers la Terre.

Philae et l'emplacement de ses 13 instruments scientifiques. © Cnes

Posé sur la comète, Philae en étudiera la structure

Parmi les 13 instruments scientifiques à son bord, citons un foret fourni par les Italiens. Il peut creuser jusqu'à 250 mm sous la surface de la comète et prélèvera deux échantillons successifs transmis à trois instruments. Il sera ainsi possible d'analyser et de mettre en évidence toutes les molécules qui s'échappent de la comète. Celles-ci étant très rapidement photodissociées par les rayons ultraviolets du Soleil, on n'en voit, depuis la Terre, que les molécules-filles. Aussi Philae permettra-t-il (enfin) de voir la nature des molécules-mères. Autre avancée très attendue et intéressante : la question de l'origine de l'eau sur Terre.

Concernant les objectifs scientifiques du lander, on y reviendra plus en détail au moment de son atterrissage (le 8-11 novembre). En cas d'échec, beaucoup d'entre eux seront atteints par Rosetta. Seul le panorama du site d'atterrissage et l'utilisation de Consert, qui réalisera la tomographie du noyau de la comète, feront défaut. Au sujet de cet instrument, il faut savoir qu'il est également installé à bord de Rosetta. Tous deux fonctionneront de concert. « Un signal radio passe du composant de l'instrument en orbite à celui à la surface de la comète puis est immédiatement renvoyé à sa source ». Rappelons qu'au départ, Rosetta était une mission sans Philae. Ce n'est que sur le tard que le projet est venu se greffer.

S'il n'est pas possible de déterminer quand la mission du lander s'achèvera, celui-ci devrait mourir de chaud ! « C'est très étonnant, mais compréhensible, quand on sait qu'une comète est très froide. » En effet, au moment où l'on va arriver au périhélie, en août 2015, « comme tout a été optimisé pour avoir le maximum de photon, Philae chauffera si fort qu'il tombera en panne ». Bien sûr, « le garder en vie jusqu'à cette date serait une très grande victoire ».

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