Philae tombera comme une pierre sur la comète. Cet atterrisseur suivra en effet une trajectoire balistique. Il faudra bien viser. © Esa, J. Huart / image comète Esa/Rosetta/MPS for OSIRIS Team MPS/UPD/LAM/IAA/SSO/INTA/UPM/DASP/IDA

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Rosetta : le compte à rebours est lancé pour Philae

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Pour la première fois, une sonde va se poser sur une comète. Cet exploit, nous le devons à l'Agence spatiale européenne qui, il y dix ans, a lancé la sonde Rosetta à destination de la comète 67P/Churyumov-Gerasimenko. Le 12 novembre, elle devrait déposer Philae, un petit atterrisseur. Francis Rocard nous explique cette manœuvre délicate. À l'occasion de cette toute première tentative d'atterrissage sur une comète, Futura-Sciences dédiera la journée du 12 novembre à Rosetta, la pierre de Rosette de l'histoire des comètes et du Système solaire.

Le compte à rebours est lancé. Mercredi 12 novembre, Philae, l'atterrisseur (on dit aussi, à l'anglaise, lander), se posera sur la comète 67P/Churyumov-Gerasimenko. Un atterrissage délicat et risqué mais pas sans précédent. En janvier 2005, l'Esa, déjà elle, réussissait l'atterrissage à l'aveugle de la sonde Huygens sur Titan, le plus gros satellite de Saturne, dont une épaisse couche nuageuse nous cache depuis toujours les détails de sa surface.

Dix ans plus tard, c'est de nouveau l'effervescence. Pour l'atterrissage de Philae, l'Esa mobilisera pas moins de trois centres de contrôle : le Centre des opérations de la mission Rosetta, au Centre européen d'opérations spatiales (Esoc) de l'Esa à Darmstadt (Allemagne), le Centre de contrôle de l'atterrisseur du DLR à Cologne (Allemagne) et le Centre des opérations scientifiques et de la navigation de l'atterrisseur, au Cnes à Toulouse. À quelques jours de cet événement historique, « tous les voyants sont au vert et tout se passe conformément aux prédictions » nous explique Francis Rocard, responsable des programmes d'exploration du Système solaire au Cnes.

Depuis qu'elle est arrivée à proximité de la comète 67P/Churyumov-Gerasimenko le 6 août dernier, la sonde Rosetta se comporte au moins aussi bien que prévu. Les contraintes d'une navigation sans véritable mise en orbite autour de la comète, dont le champ de gravitation est faible, étaient susceptibles d'empêcher certaines manœuvres de proximité, comme des survols très rapprochés. Mais toute la navigation faite par l'Esoc, « qui semblait délicate, s'est finalement bien passée ». Par exemple, la sonde est descendue jusqu'à 10 kilomètres de la comète.

Côté science, la « cartographie du noyau a été réalisée et un certain nombre de données ont été acquises » qui seront présentées aujourd'hui par l'Agence spatiale européenne lors d'un briefing en ligne organisé par des experts de la mission Rosetta. Les dernières observations ont notamment mis à mal l'idée selon laquelle cette comète serait un assemblage de deux morceaux distincts. Il est très vraisemblable que Churyumov-Gerasimenko soit en fait « une comète en train de se couper en deux, au niveau de la région dite du cou ». Comme l'attestent les images, cette région perd beaucoup de matière et « cela rend la comète fragile, de sorte qu'elle peut se casser demain comme dans 10.000 ans ».

Quant au largage de Philae, il est prévu à 9 h 35 (heure française métropolitaine) depuis une altitude de 22,5 kilomètres. Jusqu'à cette date, Rosetta suit une trajectoire qui va l'amener environ 40 minutes auparavant sur une trajectoire hyperbolique. Après quoi, la sonde se positionnera sur une orbite optimisée pour servir de relais de communications entre Philae et la Terre. Après le largage, les deux engins vont mutuellement se photographier. Rosetta pour voir comment la descente se passe et Philae pour vérifier que son attitude est conforme aux prédictions.

Le long voyage de la sonde Rosetta vers sa comète et, en point d'orgue, l'atterrissage du module Philae (que l'on peut écrire à la française Philaé), une opération à haut risque. © Idé

Philae devra réussir un atterrissage de précision

La descente de Philae durera environ 7 heures pendant lesquelles le petit engin ne réalisera aucune manœuvre. « Il tombera comme une pierre. » Seule sa roue à inertie fonctionnera. Elle garantit que l'axe principal de Philae ne tournera pas dans l'espace. C'est très important car au moment où la sonde le larguera, il sera dans une attitude telle que le plan du train d'atterrissage sera parallèle à la surface au moment du touché. La vitesse horizontale de l'engin (par rapport au sol du site Agilkia) sera de 19 centimètres par seconde au moment du largage et nulle à l'atterrissage. Quant à la vitesse verticale, elle sera de l'ordre du mètre par seconde lorsque Philae se séparera de Rosetta. Il devrait atterrir à exactement 0,95 mètre par seconde. Pendant la descente, deux des dix instruments de l'atterrisseur seront activés. La caméra Rolis pour photographier le site d'atterrissage et Consert pour avoir des échos radar afin de vérifier si la descente s'est bien passée.

L'atterrissage est prévu à 16 h 34 mais c'est seulement vers 17 h 00, « le temps que les signaux parviennent à la Terre » que l'on saura s'il a réussi. Dès que le train d'atterrissage détectera l'impact sur le sol, le propulseur à gaz froid (Active Descent System) s'activera pour empêcher le rebond ou le renversement du Philae au cas où le sol serait très chaotique. Autre urgence au moment de l'atterrissage : l'ancrage. Il est nécessaire en raison de la très faible gravité de la comète. Si sur Terre Philae pèse quelque 100 kilogrammes, sur Churyumov-Gerasimenko il n'en fait plus qu'un petit gramme...

Pour s'ancrer à la comète, Philae utilisera deux harpons lancés l'un après l'autre. Leur fil d'attache sera mis sous tension pour arrimer définitivement l'atterrisseur à la comète. C'est la valeur de rembobinage des câbles qui permettra de dire s'ils sont bien tendus et donc si les harpons sont correctement accrochés dans le sol. Si tout s'est bien passé, Philae sera fermement ancré. S'il ne l'est pas suffisamment, la foreuse pourrait, par exemple, le soulever. Sans ancrage, la mission ne serait pas perdue mais les objectifs scientifiques seraient compromis.

Agilkia, le site d'atterrissage de Philae, vu par la sonde Rosetta depuis une altitude de 10 kilomètres. © Esa/Rosetta/NAVCAM

Des rochers dangereux pour Philae

Si l'atterrissage se déroule bien, la chance y sera pour quelque chose. Depuis que le site a été choisi, Agilkia — c'est le nom que l'Esa lui a donné (bien plus poétique que site J) —, il fait l'objet d'observations régulières. « Et l'on sait qu'il présente de nombreux risques pour Philae. »

Le principal étant qu'Agilkia ne présente pas un terrain d'atterrissage parfaitement satisfaisant dans « 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 ». En clair, toutes les erreurs cumulées donnent une ellipse d'incertitude à l'arrivée dont le centre est le point visé théoriquement.

Or, tous les points ne sont pas accessibles. « Il y a des zones qui présentent un risque certain pour Philae. » Un quart du site n'est pas bon car on y trouve des pentes qui dépassent la spécification pour Philae (30° par rapport à l'horizontale). De plus, une centaine de gros rochers, de un à dix mètres (voire plus) ont été identifiés et « il faudra absolument les éviter au risque de voir Philae se renverser ou tournebouler s'il devait atterrir sur le bord d'un de ces rochers ». Si c'est le cas, il ne pourra pas s'ancrer à la comète et peut donc tomber sur le flanc, voire à l'envers. Un scénario noir pour la science et les communications car l'antenne se situe sur le dessus de Philae.

Autre souci, ce site d'atterrissage est riche en dépôts, ce qui peut laisser penser que « Philae pourrait s'enfoncer, voire s'enfouir dans le sol ». Les responsables de la mission sont dans l'expectative. Une situation que la Nasa a connue à l'époque d'Apollo 11 quand certains scientifiques craignaient que les astronautes s'enfoncent dans le régolithe dès l'alunissage.

Les scientifiques n'ont aucune idée précise de la durée de vie de Philae sur la comète. C'est pourquoi la première question sera de savoir « si l'atterrissage s'est parfaitement bien passé, s'il y a quelques questions ou si l'on a beaucoup de problèmes ». Dès son atterrissage, et « pour maximiser le retour scientifique », pratiquement tous les instruments fonctionneront deux fois durant une soixantaine d'heures. Dès son atterrissage, « le programme scientifique débutera par la réalisation d'un panorama complet du site, à 360° ».

Les premières images du sol de la comète acquises par Philae sont prévues au plus tôt à 18 h 15.

En librairie depuis le 17 octobre. © Éditions Le Pommier

Avec cette étude in situ d'une comète, la mission Rosetta apportera de précieuses informations sur la formation du Système solaire. Ce thème est l'objet d'un petit livre récent, cosigné par Francis Rocard et Florence Chiavassa, planétologue, intitulé Quelle est la véritable histoire de notre système solaire ? dans la collection Les Petites Pommes du savoir. Il raconte l'histoire d'un billard cosmique que les astronomes commencent à reconstituer.

La mission Rosetta, avec ses survols d'astéroïdes et celui de cette comète, a déjà apporté de nouvelles informations. Espérons que le petit Philae saura braver les risques et s'installer à même la surface de cet astre chevelu pour l'analyser comme on ne l'a encore jamais fait.

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Les fidèles de Futura-Sciences ont suivi l'atterrissage le 12 novembre 2014 sur notre page spéciale (http://www.futura-sciences.com/live/), où le direct sur cet événement est toujours disponible.

Mission phare de l’Agence spatiale européenne, Rosetta doit pour la première fois installer une sonde en orbite autour d’une comète et y poser un atterrisseur. Décidée en 1993, elle a été lancée le 3 mars 2004 et a atteint 67P/Churyumov-Gerasimenko en août 2014, et y a déposé l'atterrisseur Philae le 12 novembre 2014.

Futura-Sciences a suivi cette longue saga. Revivez ses moments clés en suivant ces liens :