Solar Orbiter sera doté d'un bouclier thermique capable de résister à des températures supérieures à 500 °C. © ESA, ATG Medialab

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Solar Orbiter : le défi du bouclier thermique

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Pour améliorer nos connaissances du Soleil, il faut s'en approcher aussi près que possible. C'est l'objectif de la sonde américaine Parker Solar Probe mais aussi de Solar Orbiter qui s'en approchera si près, à 42 millions de kilomètres, qu'elle devra être protégée par un bouclier thermique très efficace, réalisé par Thales Alenia Space. Les explications de Paolo Musi, le directeur des programmes scientifiques chez Thales Alenia Space, en Italie.

De la bonne tenue du bouclier thermique dépendra la réussite de la mission de Solar Orbiter. En s'approchant jusqu'à 42 millions de kilomètres du Soleil, Solar Orbiter s'exposera à des températures avoisinant les 500 à 600 °C ! À cette distance, les instruments recevront environ treize fois plus d'énergie que si la sonde était près de la Terre. Autrement dit, ils devront faire face à des tempêtes de rayonnements UV, X d'électrons et de protons très énergétiques. Pour ne pas fondre comme neige au Soleil, la sonde sera évidemment dotée d'un bouclier thermique pour réduire la température à l'intérieur de l'engin.

La sonde Solar Orbiter entièrement assemblée avec, au premier plan, son bouclier thermique. © ESA, S. Corvaja

Il a été réalisé par Thales Alenia Space pour le compte d'Airbus, responsable industriel du programme. Ce bouclier a aussi été conçu pour permettre aux instruments d'observer directement le Soleil sans que l'acquisition des données ne soit perturbée. Il est donc percé de plusieurs trous circulaires qui permettront aux quatre instruments dédiés à l'observation directe du Soleil d'opérer derrière une protection. Ses dimensions n'ont évidemment pas été choisies au hasard. Elles ont été calculées au plus juste pour maintenir à l'ombre l'ensemble du satellite et pour rayonner la chaleur accumulée vers l'espace lointain. Avec des dimensions de 3,1 m x 2,4 m, la surface du bouclier exposée au soleil est d'environ 7 m2, pour une masse totale de 86 kg.

Comme nous l'explique Paolo Musi, le directeur des programmes scientifiques chez Thales Alenia Space en Italie, ce bouclier, peint en noir, est « constitué de 20 couches protectrices en titane ». Il est isolé du satellite par sa « propre combinaison formée de couvertures basse température, de structures nid d'abeille en aluminium et de supports en titane en forme d'étoile ». Conçu comme une série de barrières thermiques, le bouclier « diminuera progressivement le rayonnement solaire et protégera la température du satellite en créant un environnement thermique adapté à son fonctionnement ».

« L'intérieur » du bouclier thermique de Solar Orbiter. © Thales Alenia Space

Ce bouclier est composé « d'une barrière thermique à haute température (HTHB), montée directement derrière et en contact avec le bouclier avant ». Sur cette face avant, des feuilles de métal et des MLI (isolation multicouche) spécialement conçues pour les températures élevées (jusqu'à 600 °C) arrêteront progressivement tous « les rayonnements, pour faire une barrière efficace contre la transmission de chaleur et pour créer une surface hautement réfléchissante dans l'infrarouge ».

La structure primaire de la barrière HTHB est « installée sur une plateforme légère en nid d'abeille ». Elle est recouverte d'« une résine composite à fibres de carbone (CFRP) composée de polyéthylène thermoplastique (950 Pa) avec un coefficient de conductivité thermique de 800 Wm/K (Watt par mètre-kelvin) pour assurer une stabilité géométrique dans un environnement thermique difficile ». La conception du bouclier permettra d'assurer une réduction du flux de chaleur total « passant d'environ 113.000 W sur la surface avant à 36 W à l'entrée du vaisseau spatial », avec une baisse de température correspondante entre la couche du bouclier thermique faisant face au Soleil et le vaisseau spatial « allant de > 550 ° C à > 50 °C  ». Le point le plus froid du satellite sera d'environ -60 °C.

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