HdS N°5: Rosetta, exploratrice cométaire

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

Contexte

Au début des années 1990 l’Agence Spatiale Européenne suit la sonde Giotto en transit vers la comète de Halley, cette mission ayant pour but d’étudier une comète afin de mieux comprendre notre univers sera par ailleurs un succès total, mais l’ESA désirant se poser sur une comète pour en savoir davantage mit en place 9 ans plus tard le projet de sonde Rosetta.

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

Cependant, tout bascula lors du premier vol du lanceur Ariane 5G+ en 2003 où celle-ci se désintégra en vol, car c’était ce modèle de fusée qui devait emmener Rosetta droit vers la comète. La sonde se retrouva donc clouée au sol le temps que les ingénieurs identifient le problème mais cela fit perdre un temps précieux au projet et à cause de ce contretemps, la fenêtre de tir vers la comète se refermait. Il fallu finalement en trouver une nouvelle afin d’y envoyer la sonde.

Le choix se porta finalement la comète 67P/Tchourioumov-Guérassimenko qui fut sélectionnée. Après 4 assistances gravitationnelles, la sonde devait arriver à proximité de Tchoury en Janvier 2014.

67P/Tchourioumov-Guérassimenko

« Tchouri »pour les intines, cette comète porte le nom du couple Soviétique 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 un aphélie à plus de 1 milliards de kilomètres !
Lors de l’approche de Rosetta, on remarqua qu’elle était composée de 2 lobes soudés ensemble par une mince bande rocheuse, on sait aujourd’hui que 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, qui permit à Jean-François Champollion de décrypter les hiéroglyphes égyptiens 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.

Rosetta embarqua avec elle l’atterrisseur Philae, destiné à se poser sur la comète. Celui-ci fut fixé sur un des côtés de la sonde qui l’alimentait jusqu’à sa séparation.

Étant donné que l’Europe ne maîtrisait pas encore la technologie des Générateurs Thermoélectriques à Radio-isotopes (GTR) elle embarqua 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 peuvent fournir entre 8700 et 415 Watts en fonction de son éloignement avec le soleil à une sonde qui n’en a besoin que de 390 pour fonctionner.
Un fois ses panneaux déployés la sonde de 2 mètres de longueur voit son envergure atteindre les 32 mètres.

Pour communiquer, Rosetta fut équipée d’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 lorsque celui-ci sera posé sur la comète.

Vue d’artiste de Rosetta et de son atterrisseur


Assistance gravitationnelle ?

Une assistance gravitationnelle permet un changement de trajectoire en consommant le moins de carburant possible en utilisant simplement 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 décolla le matin du 2 Mars 2004 avec une trajectoire de vol parfaite. 2 heures et 30 minutes plus plus tard, la sonde fut larguée et déployait ses instruments pour entamer son long périple et revenir vers la Terre un an plus tard afin de se propulser vers Mars.

Premier survol de la Terre

Presque 1 an plus tard, le 4 Mars 2005, la sonde passa à 1 955 kilomètres de la Terre, et l’assistance gravitationnelle qui fut amorcée fit monter la vitesse de l’engin à plus de 3,8 km/s (kilomètres par seconde). Rosetta en profita pour prendre quelques photos et tester certains de ses instruments.

La sonde observa ensuite le cratère de collision de l’impacteur Deep Impact de la NASA sur la comète Tempel 1 (située à plus de 80 millions de km de là) afin d’étudier le noyau de glace de la comète et de déterminer sa composition. Puis la sonde se mit finalement 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 passa à moins de 250 kilomètres de la surface de Mars, elle en profita pour faire quelques expériences et prendre quelques photos de la surface. Elle testa même les instruments pour réaliser une courte étude de la planète et, toujours en pleine forme, continua 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

Le 13 Novembre 2007, la sonde repassa près de la Terre et sera d’ailleurs confondue avec un astéroïde, ce qui déclencha une fausse alerte de chute d’une météorite sur Terre.

Survol de Stein

Au début du mois de Septembre 2008, la sonde survola l’astéroïde Stein, mais la caméra à petit champ tomba en panne peu avant la rencontre et ne prendra que quelques 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 passa une dernière fois à proximité de la Terre, cette manœuvre lui fit gagner environ 3,6 km/s : elle fut propulsée sur une orbite elliptique qui l’emmena à presque 1 Milliards de kilomètres du soleil.

Dernier survol de la Terre

Lutèce et sommeil

En 2010, la sonde passa à proximité de l’astéroïde Lutèce, long de plus de 130 km, et prendra plus de 400 photos dont certaines en très haute résolution.
Le 8 Juin 2011, la sonde fut mise en sommeil pour minimiser sa consommation électrique car, s’éloignant du Soleil, l’ensoleillement baisse et les panneaux solaires produisent donc moins d’énergie.

Lutèce et Saturne en fond

Et enfin… Tchoury

31 mois plus tard, le 20 Janvier 2014, la sonde dût se réveiller, celle ci ne se trouvait plus qu’à une distance de 9 millions de kilomètres de la comète et à moins de 700 millions de kilomètres du Soleil.
Cet événement rendit les ingénieurs très anxieux, car pendant ces 31 mois aucune communication n’a été possible, il était donc impossible de savoir si la sonde avait subit une défaillance majeure : Rosetta devait se réveiller toute seule et pointer son antenne vers la Terre afin de transmettre son message de réveil.
Le message arriva finalement dans les temps, au grand bonheur de toutes les personnes travaillant sur le projet. Cet instant de joie passé il fallu s’atteler à une analyse complète de l’état de la sonde, de ses instruments et de son passager : tout était opérationnel.
Le 21 Mars 2014, la première image de la comète fut reçue : un simple point dans l’obscurité de l’espace. Au fur et à mesure que la sonde s’approchait, les photos devinrent de plus en plus détaillées. C’est à ce moment que l’on remarqua que cette comète était en réalité composée de 2 morceaux soudés ensembles, donnant des reliefs très variés et accidentés, ce qui compliqua la recherche d’un terrain adapté à un atterrissage.

Une des premières images détaillées de Tchouri

Mise en orbite

Durant les 3 mois qui suivirent, la sonde utilisa une bonne partie de son carburant pour freiner et se mettre en orbite autours de la comète. Les moteurs ont été allumés à deux reprises pendant plus de 6 heures sans s’arrêter !
La sonde se positionna 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 était enfin temps de démarrer les expérimentations, la sonde déploya ses instruments et commença à analyser la composition de la surface de l’astre. Elle se positionna de façon à éviter d’éventuels jets de gaz provoqués par le réchauffement du noyau gelé de la comète. Rosetta descendit à 20 puis 10 kilomètres d’altitude pour prendre des photos extrêmement détaillées et effectuer des mesures plus précises puis remonta à 30 kilomètres.

Vue de Tchouri

Recherche d’un site d’atterrissage

Dès son arrivée, plusieurs sites potentiellement intéressants furent repérés et choisis en fonction de la nature du sol et surtout de l’ensoleillement, car 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. Sur 5 sites retenus, celui qui fut 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 fut larguée à une vingtaine de kilomètres de la surface, après une chute de 7 heures où il atteignit la « vitesse folle » de 3,6 km/h, il heurta la comète mais son propulseur censé la plaquer contre le sol ne s’alluma pas et les grappins dans les pieds ne se libérèrent pas. Philae rebondis à plusieurs reprises sur le sol puis s’immobilisa sur une falaise, un pied dans le vide et partiellement à l’ombre…
La tension était palpable dans la salle de contrôle quand la mauvaise nouvelle fut annoncée, car on pensait alors que l’atterrisseur était perdu. Un signal fut alors reçu, Philae allait bien, mais il ne peut pas charger ses batteries comme prévu. L’atterrissage est cependant un succès.

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

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

Photo de la surface prise par Philae

Après 3 jours passés 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. En revanche, l’orientation de Philae met en péril ses systèmes internes, car il est quasiment impossible de démarrer l’ordinateur de la sonde qui nécessite 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, la sonde peut enfin produire 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 sont captées, ce qui a permit 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 très brèves communications, plus aucun signal ne fut reçu, les tentatives pour recontacter Philae furent finalement abandonnées.

Seconde partie de la mission

Après l’abandon des tentatives de contact avec Philae, la sonde reprit ses observations et tenta également de photographier Philae. La sonde se rapprocha de la comète à 6 kilomètres d’altitude ce qui lui permit de faire des observations plus précises du sol.
Durant le pic d’activité de la comète, la sonde c’était éloignée à plus de 300 km afin de ne pas être gênée par les gaz et poussières éjectées à plus de 10m/s.
Puis elle s’éloigna à plus de 1000 km pour observer sa queue et revint 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 commençait à se faire vieille, il était temps de mettre fin à la mission.
Entre temps, le 2 Septembre 2016, la sonde parvint à prendre en photo Philae, celui ci se trouvait dans une faille, ce qui explique le faible éclairement.

Image de Philae par Rosetta

La comète s’éloignant du soleil, Rosetta n’eut bientôt plus assez d’énergie pour rester en fonctionnement, il fut donc décidé de faire s’écraser la sonde sur Tchouri.
Le 29 Septembre, les propulseurs de la sonde furent activés pour ralentir la sonde, celle-ci entama une chute de 14 heures durant laquelle elle transmit des informations sur les jets de gaz et sur la nature du sol.
Le 30 Septembre à 11h19, l’Agence Spatiale Européenne mit fin à la mission ; une minute plus tard, la sonde heurta le sol à environ 3 km/h et Rosetta n’étant pas conçue pour se poser, sa chute endommagea ses panneaux solaires et ses composants les plus fragiles. L’ordinateur arrêta les instruments un par un et s’arrêta définitivement à son tour.


Désormais, Rosetta fait partie de la comète…

Une des dernières images de Rosetta durant sa descente

Cette mission a énormément apporté à nos connaissances des comètes : nous en savons plus sur leur histoire et donc sur l’histoire du système solaire. L’ESA a réussit l’exploit de poser un atterrisseur sur une comète, et ce, malgré les nombreuses difficultés rencontrées. La sonde Rosetta est encore de nos jours 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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