HdS N°5: Rosetta, exploratrice cométaire

En 1999, l’Agence spatiale Européenne décide de lancer un programme visant à étudier et se poser sur une comète, ainsi débute l’aventure de Rosetta et de Philae.

Contexte

Au début des années 1990 l’Agence Spatiale Européenne suis la sonde Giotto en transit vers la comète de Halley, cette mission a pour but d’étudier une comète afin de mieux comprendre notre univers (Cette mission sera par ailleurs un succès total), mais l’ESA désire se poser sur une comète c’est ainsi que naît 9 ans plus tard, le projet de sonde Rosetta.

Très vite, la comète 46P/Wirtanen est sélectionnée comme principale candidate. Son orbite permet d’y envoyer une sonde rapidement sans avoir à faire de trop grosses corrections dans la trajectoire de Rosetta.

Cependant, tout bascule lors du premier vol du lanceur Ariane 5G+ en 2003, celle ci se désintègre en vol, or c’est ce modèle de fusée qui doit emmener Rosetta droit vers la comète. La sonde est donc clouée au sol le temps que les ingénieurs identifient le problème. À cause de ce contretemps, la fenêtre de tir vers la comète se referme, il faut donc en trouver une nouvelle afin d’y envoyer la sonde.

C’est là que la comète 67P/Tchourioumov-Guérassimenko est sélectionnée. Après 4 assistances gravitationnelles, la sonde devrait arriver à proximité de Tchoury en Janvier 2014.

67P/Tchourioumov-Guérassimenko

Appelez la « Tchouri », cette comète porte le nom du couple Soviètique qui l’a observé le 20 Septembre 1969: Ivanovitch Tchourioumov et Svetlana Ivanovna Guérassimenko.
Elle possède une orbite elliptique d’une période de 2500 jours avec un périhélie à 186 millions de kilomètres et une aphélie à plus de 1 milliards de kilomètres !
Lors de l’approche de Rosetta, on remarque alors qu’elle est composée de 2 lobes soudés ensemble par une mince bande rocheuse, c’est d’ailleurs par là que s’échappent la majorité des gaz de la comète.
Sa période de rotation est d’environ 12 heures mais semble varier à cause des éjections de gaz.

L’orbite de la comète
(ESA)

Représentation de la comète à l’aide de Space Engine

Présentation de Rosetta

La sonde porte le nom de la pierre de Rosette, pierre qui aura permis à Champollion de décrypter l’écriture égyptienne en 1821. L’objectif de la sonde est de mieux comprendre les comètes: Pourquoi existent-elles et comment se sont elles formées ?
En étudiant les comètes, les scientifiques espèrent ainsi mieux comprendre la formation du système solaire.

Elle embarque avec elle l’atterrisseur Philae, destiné à se poser sur la comète. L’atterrisseur est fixé sur un des cotés de la sonde et est alimenté par celle ci jusqu’à sa séparation.

Étant donné que l’Europe ne maîtrise pas encore la technologie des Générateurs Thermoélectriques à Radio-isotopes (GTR) elle embarque alors d’immenses panneaux solaires de 15 m de longueur chacun pour pouvoir s’alimenter même à plus de 1 Milliards de kilomètres du Soleil comme prévu dans son trajet. Ces panneaux solaires fournissent entre 8700 et 415 Watts en fonction de son éloignement avec le soleil, la sonde, elle, a seulement besoin de 390 Watts pour fonctionner.
L’envergure de la sonde avec ses panneaux déployés atteint les 32 mètres (dont les 2 mètres de la sonde).

Pour communiquer, Rosetta embarque une antenne grand gain de plus de 2 m de large, 2 antennes moyen gain d’environ 1 m de diamètre ainsi qu’une petite antenne faible gain utilisée essentiellement pour communiquer avec Philae quand celui ci sera posé sur la comète.

Vue d’artiste de Rosetta et de son atterrisseur


Assistance gravitationnelle ?

Une assistance gravitationnelle permet une changement de trajectoire en consommant le moins de carburant possible. Simplement en utilisant l’attraction gravitationnelle d’un astre par effet de fronde. Cette technique a d’ailleurs été très utilisée pour les sondes Voyager 1 et 2 qui ont utilisés les planètes Jupiter, Saturne, Uranus et Neptune pour se propulser vers l’espace interstellaire.

Schéma d’une assistance gravitationnelle
Le satellite suis la trajectoire rouge

À tous de DDO attention pour le décompte final

10, 9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1, top………. Allumage Vulcain, allumage des EAP et décollage !
Rosetta décolle le matin du 2 Mars 2004. La trajectoire de vol est parfaite, 2 heures 30 minutes plus plus tard, la sonde est larguée déploie ses instruments et entame un long voyage pour revenir vers la Terre d’ici un an afin de se propulser vers Mars.

Premier survol de la Terre

Presque 1 an plus tard, le 4 Mars 2005, la sonde passe à 1955 kilomètres de la Terre, cette assistance gravitationnelle va faire monter la vitesse de l’engin de plus de 3,8 km/s (Kilomètres par Seconde). Rosetta en profite pour prendre quelques photos et tester certains de ses instruments. La sonde observe ensuite la collision de l’impacteur Deep Impact de la NASA sur la comète Tempel 1, située à plus de 80 millions de km de là, cet impact perce la couche de la comète et permet d’étudier le noyau de glace de la comète. Puis la sonde se met en en sommeil jusqu’à son survol de Mars afin de limiter l’usure de l’électronique.

Lever de Lune lors du premier survol de la Terre

Passage près de Mars

Le 25 Février 2007, la sonde passe à moins de 250 kilomètres de la surface de Mars, elle en profite pour faire quelques expériences et prendre quelques photos de la surface. Elle teste même les instruments pour réaliser une courte étude de la planète. La sonde est en pleine forme et continue son voyage en direction de la Terre.

Image de Mars prise par Philae alors fixé à la paroi de Rosetta

Second survol de la Terre

Puis, le 13 Novembre 2007, la sonde repasse près de la Terre.
Elle sera d’ailleurs confondue avec un astéroïde, ce qui déclenchera une fausse alerte de chute d’une météorite sur Terre.

Survol de Stein

Au début du mois de Septembre 2008, la sonde survole l’astéroïde Stein, la caméra à petit champ tombera en panne peu avant la rencontre. Elle prendra donc que des photos d’une résolution assez faible mais largement suffisante pour pouvoir déterminer sa composition.

Prises de vue de l’astéroïde Stein

Dernier bonjour à la Terre

Le 13 Novembre 2009, Rosetta passe une dernière fois à proximité de la Terre, cette manœuvre lui fais gagner environ 3,6 km/s, elle est propulsée sur une orbite elliptique qui l’emmène à presque 1 Milliards de kilomètres du soleil.

Dernier survol de la Terre

Lutèce et sommeil

En 2010, la sonde passe à proximité de l’astéroïde Lutèce, long de plus de 130 km.
Elle prendra plus de 400 photos dont certaines en très haute résolution.
Le 8 Juin 2011, la sonde est mise en sommeil pour minimiser la consommation électrique à mesure que la sonde s’éloigne du Soleil et que, par conséquent, l’ensoleillement baisse.

Lutèce et Saturne en fond

Et enfin… Tchoury

31 mois plus tard, le 20 Janvier 2014, la sonde doit se réveiller, celle ci ne se trouve plus qu’à une distance de 9 millions de kilomètres de la comète et moins de 700 millions de kilomètres du Soleil.
Les ingénieurs sont très anxieux, pendant ces 31 mois, aucune communication d’aucunes sorte n’a été possible, il est donc impossible de savoir si la sonde a subit une défaillance majeure. Rosetta doit se réveiller toute seule et pointer son antenne vers la Terre afin de transmettre son message de réveil.
Le message arrive dans les temps, au grand bonheur de toutes les personnes travaillant sur le projet, cet instant de joie sera suivi d’une analyse de l’état de la sonde, de ses instruments et de son passager: Tout les instruments sont en bonne santé.
Le 21 Mars, la première image de la comète est reçue, un simple point dans l’obscurité de l’espace. Au fur et à mesure que la sonde s’approche, les photos deviennent de plus en plus détaillées. C’est à ce moment que l’on remarque que cette comète est en réalité composée de 2 morceaux soudés ensembles, donnant des reliefs très variés et accidentés. La recherche d’un terrain adapté à un atterrissage sera plus compliquée.

Une des premières images détaillées de Tchouri

Mise en orbite

Durant les 3 mois qui suivent, la sonde va utiliser une bonne partie de son carburant pour freiner et se mettre en orbite autours de la comète.
À 2 reprises, les moteurs seront allumés pendant plus de 6h sans s’arrêter !
La sonde se positionne sur une orbite à une altitude de 30 km et une vitesse orbitale de 10 centimètres par secondes, à titre de comparaison, sur Terre, la vitesse orbitale est de 7,6 kilomètres par secondes (ou 27 360 km/h !).

Début de l’exploration

Une fois en orbite, il est temps de démarrer les expérimentations, la sonde déploie ses instruments et commence à analyser la composition de la surface de l’astre. Elle se positionne de façon à éviter d’éventuels jets de gaz provoqués par le réchauffement du noyau gelé de la comète. Rosetta descendra à une altitude de 20 puis 10 kilomètres d’altitude pour prendre des photos extrêmement détaillées et effectuer des mesures plus précises puis remontera à 30 kilomètres.

Vue de Tchouri

Recherche d’un site d’atterrissage

Dès son arrivée, plusieurs sites potentiellement intéressants sont repérés, ils sont choisis en fonction de la nature du sol et surtout de l’ensoleillement de Tchoury, à cause des reliefs extrêmes, certaines zones ne sont que très rarement éclairées par le soleil, ce qui poserait de très sérieux problèmes à Philae, dont l’électricité lui est fournie par ses batteries et l’énergie solaire. 5 sites sont retenus, celui qui sera finalement sélectionné pour y poser Philae est situé sur le petit lobe de la comète, dans une zone très plate dépourvue de rochers qui pourraient mettre en péril la mission.

Prise de vue de la zone d’atterrissage prévue

Philae se « pose »

Le 12 Novembre 2014, Philae est larguée à une vingtaine de kilomètres de la surface, après une chute de 7 heures où il atteint la « vitesse folle » de 3,6 km/h, il touche la comète mais son propulseur censé la plaquer contre le sol ne s’allume pas et les grappins dans les pieds ne se libèrent pas. Philae rebondis à plusieurs reprises sur le sol puis s’immobilise sur une falaise, un pied dans le vide et partiellement à l’ombre…
La tension est palpable dans la salle de contrôle quand la mauvaise nouvelle est annoncée, on pense alors que l’atterrisseur est perdu. Cependant, ils ne perdent pas espoir. Un signal est alors reçu, Philae va bien, mais il ne peut pas charger ses batteries comme prévu. Cependant, l’atterrissage est un succès.

Images de la descente et du premier rebond de Philae prise par Rosetta

Le lendemain de l’atterrissage les expériences pour étudier la composition du sol sont alors entamées. Au bout de 2 jours, il ne reste plus qu’un jour avant que la batterie principale (non rechargeable contrairement à la batterie secondaire) ne se vide totalement. Philae a effectué 80% de ses expériences. Les photos révèlent un sol rocheux et aussi dur que de la glace.

Photo de la surface prise par Philae

Après 3 jours sur Tchouri, Philae a épuisé l’énergie contenue dans sa batterie principale et passe sur l’alimentation de la batterie secondaire. Il entre également en hibernation afin de limiter la consommation d’énergie jusqu’à ce que la comète se rapproche du Soleil. L’orientation de Philae met en péril ses systèmes internes, il est quasiment impossible de démarrer l’ordinateur de la sonde qui nécéssite environ 5 Watts, hors les panneaux solaires en fournissent entre 1 et 4 durant les 90 minutes durant lesquelles la sonde est éclairée par le Soleil.

Après son réveil le 13 Juin 2015, les communications sont très brèves, la sonde produit assez d’énergie pour démarrer son ordinateur et tout juste assez pour recharger ses batteries et émettre un signal. 4 signaux durant entre 5 et 85 secondes seront captées, ce qui permettra de recueillir des données scientifiques mais aussi d’en savoir plus sur l’état de la sonde: Elle est en bon état, ses panneaux solaire produisent juste assez d’énergie pour communiquer et réchauffer ses circuits.

Après ces brèves communications, plus aucun signal ne sera reçu, les tentatives pour recontacter Philae seront finalement abandonnées.

Seconde partie de la mission

Après l’abandon des tentatives de contact avec Philae, la sonde reprend ses observations et tente également de photographier Philae. La sonde se rapproche de la comète à 6 kilomètres d’altitude permet de faire des observations plus précises du sol.
Durant le pic d’activité de la comète, la sonde est éloignée à plus de 300 km afin de ne pas être gênée par les gaz et poussières éjectées à plus de 10 mètres par seconde.
Puis elle s’éloignera à plus de 1000 km pour observer sa queue et reviendra peu après à une trentaine de kilomètres de celle ci.

Vue du grand lobe de la comète

Fin de l’aventure

Après 12 ans dans l’espace, la sonde commence à se faire vieille, il est bientôt temps de mettre fin à la mission.
Entre temps, le 2 Septembre 2016, la sonde parvient à prendre en photo Philae, celui ci se trouve dans une faille, ce qui explique le faible éclairement.

Image de Philae par Rosetta

La comète s’éloignant du soleil, Rosetta n’aura bientôt plus assez d’énergie pour rester en fonctionnement, il est donc décidé de faire s’écraser la sonde sur Tchouri.
Le 29 Septembre, les propulseurs de la sonde sont activés pour ralentir la sonde, celle-ci entame une chute de 14 heures durant laquelle elle transmettra des informations sur les jets de gaz et sur la nature du sol.
Le 30 Septembre à 11h19, l’Agence Spatiale Européenne met fin à la mission, une minute plus tard, la sonde heurte le sol à environ 3 km/h. Rosetta n’étant pas concue pour se poser, a pu endommager ses panneaux solaires ou ses composants les plus fragiles. L’ordinateur arrête les instruments un par un et s’arrête définitivement à son tour.
Désormais, Rosetta fais partie de la comète…

Une des dernières images de Rosetta durant sa descente

Cette mission aura énormément apporté à nos connaissances des comètes, nous en savons plus sur leur histoire et donc sur l’histoire du système solaire. L’ESA réussira l’exploit de poser un atterrisseur sur une comète, et ce, malgré les nombreuses difficultés rencontrées. La sonde Rosetta sera également la sonde équipée de panneaux solaire s’étant le plus éloigné du Soleil sans souffrir de défaillance due au manque d’énergie.

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Sources

Site de l’ESA
Wikipedia
Site de l’ESA (2)
Rosetta/France ESA
L’aventure de Rosetta, 900 jours sur une comète (livre que je vous conseille !)

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