Rosetta à la rencontre d’une nouvelle cible pour résoudre les mystères de la planétologie

29 janvier 2004

ESA INFO 01-2004. La sonde Rosetta de l’ESA doit être lancée de Kourou en Guyane à bord d’une fusée Ariane-5 le 26 février 2004.

Le voyage de Rosetta, qui aurait dû débuter il y a un an, a été retardé par mesure de précaution à la suite de l’échec d’une version différente d’Ariane-5 en décembre 2002. La sonde sera la première à se mettre en orbite autour d’une comète et à déposer un atterrisseur sur son noyau. Les comètes, ces objets glacés qui parcourent le système solaire, sont reconnaissables grâce à la queue caractéristique qui apparaît dans leur sillage lorsqu’elles se rapprochent du Soleil.

En raison du report de la mission, il a fallu renoncer à la comète initialement visée, Wirtanen, et en choisir une nouvelle. L’objectif est maintenant la comète 67P/Churyumov-Gerasimenko, que Rosetta atteindra en 2014, après avoir rebondi comme une boule de billard à travers le système solaire pendant plus de dix ans. Rosetta a été baptisée d’après la fameuse pierre de Rosette, qui permit, il y a près de 200 ans, de déchiffrer les hiéroglyphes égyptiens. De même, les scientifiques espèrent que la mission Rosetta permettra de résoudre les mystères de notre système solaire.

Les comètes sont des objets passionnants pour les scientifiques car leur composition est la même que celle du système solaire à ses premiers stades, il y a plus de 4600 millions d’années, alors qu’il était encore en gestation. Elles n’ont pas beaucoup évolué depuis lors. Rosetta, qui se mettra en orbite autour de Churyumov-Gerasimenko et y enverra un atterrisseur, recueillera des informations essentielles pour comprendre l’origine et l’évolution du système solaire. Elle aidera à déterminer si les comètes ont contribué à l’apparition de la vie sur Terre. De fait, les comètes véhiculent des molécules organiques complexes qui, à la rencontre de la Terre, ont peut-être joué un rôle dans le développement des premières formes de vie. Les éléments légers « volatils » qui se trouvent dans les comètes ont pu eux aussi jouer un rôle important dans la formation des océans et de l’atmosphère terrestre.

« Rosetta est l’une des missions les plus ambitieuses jamais entreprises », déclare le Professeur David Southwood, Directeur du Programme scientifique de l’ESA, ajoutant : « Cette mission, exceptionnelle tant pour les retombées scientifiques attendues que pour la complexité et l’ampleur des manœuvres interplanétaires nécessaires, est une première. » Avant d’atteindre son objectif en 2014, Rosetta fera quatre fois le tour du Soleil, parcourant de larges boucles dans le système solaire interne. Au cours de son périple, la sonde sera soumise à des températures extrêmes. A l’approche de Churyumov-Gerasimenko, elle devra réaliser une délicate manœuvre de freinage. Elle se mettra alors en orbite rapprochée autour de la comète et enverra un atterrisseur se poser en douceur sur son noyau. Cela revient à se poser sur une petite boule lancée à toute allure dans le cosmos, sans en connaître la topographie exacte.

Un extraordinaire voyage interplanétaire de 10 années

Rosetta est une sonde parallélépipédique de trois tonnes mesurant trois mètres de haut et possédant deux panneaux solaires de 14 mètres de long. Elle se compose d’un orbiteur et d’un atterrisseur. L’atterrisseur, qui sera fixé sur l’orbiteur de Rosetta pendant son voyage vers la comète Churyumov-Gerasimenko mesure environ un mètre de large et 80 centimètres de haut. La sonde emporte 21 expériences au total, dont 10 à bord de l’atterrisseur. Elles resteront en hibernation pendant l’essentiel du voyage de 10 années à destination de la comète.

Pourquoi un si long voyage ? Pour atteindre la comète Churyumov-Gerasimenko, la sonde doit aller loin dans l’espace, à une distance équivalant à celle qui sépare Jupiter du Soleil. Aucun lanceur n’est assez puissant pour envoyer Rosetta directement jusqu’à la comète. La sonde de l’ESA bénéficiera d’une accélération grâce à l’assistance gravitationnelle des planètes qu’elle survolera : Mars en 2005 et la Terre en 2005, 2007 et 2009, soit quatre survols. Pendant son périple, Rosetta traversera également deux fois la ceinture d’astéroïdes et pourrait survoler un ou deux de ces corps primitifs. Certaines cibles ont été identifiées mais la sélection finale sera faite après le lancement, une fois que les ingénieurs responsables de la mission auront vérifié la quantité d’ergols restant en réserve. Pendant les rencontres, les chercheurs ont prévu d’activer les instruments de Rosetta pour étudier ces corps largement méconnus du système solaire.

Les voyages dans l’espace lointain mettent les instruments à rude épreuve : les variations de températures, par exemple, sont très fortes. Rosetta quittera l’environnement peu agressif de l’espace proche de la Terre pour les régions sombres et glaciales situées au-delà de la ceinture d’astéroïdes. Pour être sûrs que la sonde puisse supporter les contraintes thermiques qu’elle subira, ses concepteurs lui ont fait passer des tests d’endurance très approfondis. A titre d’exemple, les surfaces externes ont été chauffées à plus de 150°C puis refroidies brutalement à –150°C.

La sonde sera entièrement réactivée avant la manœuvre de rendez-vous avec la comète en 2014. Elle se placera alors en orbite autour de Churyumov-Gerasimenko, qui ne mesure qu’environ 4 km de diamètre, tandis que la comète poursuivra sa trajectoire à travers le système solaire interne à une vitesse de 135 000 kilomètres/heure. Au moment du rendez-vous, à une distance de 675 millions de kilomètres du Soleil, il n’y aura quasiment aucune activité à la surface de la comète. La chevelure si caractéristique (« l’atmosphère ») et la queue de la comète ne se seront pas encore formées car Churyumov-Gerasimenko sera trop éloignée du Soleil. La queue de la comète se compose de grains de poussières et de gaz qui s’échappent de la surface gelée sous l’effet des rayons solaires.

Pendant 6 mois, Rosetta sera chargée de cartographier la surface du noyau de la comète de façon très précise pour préparer le choix du site d’atterrissage. En novembre 2014, l’atterrisseur sera éjecté de la sonde à une faible altitude (de l’ordre d’un kilomètre) et se posera en douceur sur le noyau, à une vitesse d’environ un mètre par seconde. Dès que l’atterrisseur se sera posé, il plantera un harpon dans le sol pour éviter de rebondir sur la surface et de repartir dans l’espace ; en effet, la force d’attraction du noyau est si faible qu’elle ne suffirait pas à le retenir. Les observations scientifiques et les activités à la surface du noyau se dérouleront pendant une semaine au moins et pourraient même se poursuivre pendant des mois.

L’atterrisseur ne se contentera pas de prendre des photos rapprochées du noyau, il forera la croûte sombre composée de matière organique et prendra des échantillons de glaces et de gaz primordiaux.

Tandis que l’atterrisseur mènera ses investigations et après l’achèvement de cette partie de la mission, la sonde Rosetta restera en orbite autour de la comète pour l’étudier. Ce sera la première fois qu’une sonde observera de près les modifications d’une comète à l’approche du Soleil, lorsque se forment la chevelure et la queue, puis lors de son éloignement. Le voyage de Rosetta prendra fin en décembre 2015, après une aventure de 12 ans, la comète ayant alors franchi son point le plus proche du Soleil et commençant à s’éloigner vers le système solaire externe.

Une étude in situ

L’objectif de Rosetta est d’étudier la comète Churyumov-Gerasimenko sous toutes ses coutures. Parmi les instruments à bord de l’orbiteur de Rosetta figurent plusieurs caméras et spectromètres travaillant dans différentes longueurs d’ondes (infrarouge, ultraviolet, visible et hyperfréquences). Divers autres instruments réaliseront des analyses in situ. Ensemble, ils fourniront notamment des images à très haute résolution et des informations sur la forme, la densité, la température et la composition chimique de la comète. Les instruments de Rosetta analyseront les gaz et les grains de poussières présents dans la chevelure qui se forme lorsque la comète entre en activité ainsi que les interactions avec le vent solaire.

Les dix instruments installés à bord de l’atterrisseur procèderont à une analyse in situ de la composition et de la structure des matériaux de la surface et de la subsurface du noyau. Un système de forage prélèvera des échantillons jusqu’à 30 centimètres de profondeur et les acheminera vers les analyseurs de composition chimique. D’autres instruments mesureront les caractéristiques suivantes : consistance à faible profondeur, densité, texture, porosité, stade d’évolution des glaces et propriétés thermiques. L’étude au microscope de grains individuels nous renseignera sur leur texture.

Les activités au sol

Toutes les données scientifiques, y compris celles provenant de l’atterrisseur, seront stockées sur l’orbiteur qui les transmettra à la Terre dès qu’il sera en contact avec une station sol. L’ESA a installé une nouvelle antenne pour l’espace lointain à New Norcia, près de Perth, en Australie occidentale, pour assurer l’essentiel des communications entre la sonde et le Centre de contrôle de la mission situé à l’ESOC, à Darmstadt (Allemagne). Cette antenne parabolique de 35 mètres de diamètre permet de recevoir des signaux radio émis à des distances supérieures à un million de kilomètres de la Terre. Les ondes radio, qui voyagent à la vitesse de la lumière, mettront une cinquantaine de minutes pour couvrir la distance séparant la sonde de la Terre.

Le Centre des opérations scientifiques de Rosetta, qui est chargé de la collecte et de la diffusion des données scientifiques, sera implanté sur deux sites : l’ESOC et l’ESTEC (Noordwijk, Pays-Bas). Le Centre de contrôle de l’atterrisseur se trouvera au DLR, à Cologne (Allemagne) et le Centre des activités scientifiques de l’atterrisseur au CNES, à Toulouse (France).

La fabrication de Rosetta

La mission Rosetta a été sélectionnée en 1993. La sonde a été fabriquée par Astrium GmbH (Allemagne), maître d’œuvre. Les principaux sous-traitants sont Astrium Ltd (GB) pour la plate-forme, Astrium SAS (France) pour l’avionique de la sonde et Alenia Spazio (Italie) pour les activités d’assemblage, d’intégration et de vérification. L’équipe industrielle chargée de Rosetta associe plus de 50 contractants de 14 pays européens, du Canada et des Etats-Unis.

Des consortiums d’instituts scientifiques d’Europe et des Etats-Unis ont fourni les instruments de l’orbiteur. L’atterrisseur a été fabriqué par un consortium européen placé sous la conduite du Centre allemand de recherches aérospatiales (DLR). La mission Rosetta a coûté à l’ESA 770 millions d’euros valeur 2000. Ce montant inclut le lancement et la totalité de la phase de développement et d’exploitation de la mission de 1996 à 2015. Il ne couvre pas l’atterrisseur ni les expériences, qui constituent la « charge utile », ceux-ci étant financés par les États participants via leurs instituts scientifiques.

Note aux rédactions

L’Europe se pose en pionnière dans le domaine de l’exploration des comètes. En 1986, la sonde Giotto de l’ESA est passée à 600 km de la comète de Halley, ce qui constituait un record, aucun engin spatial ne s’étant approché aussi près d’une comète. Elle a envoyé des images et des données spectaculaires montrant que les comètes renferment des molécules organiques complexes, riches en carbone, hydrogène, oxygène et azote. Il est surprenant de constater qu’il s’agit là des éléments qui constituent les acides nucléiques et les acides aminés, lesquels forment les ingrédients essentiels de la vie telle que nous la connaissons. Giotto a poursuivi avec succès sa mission et survolé en 1992 la comète Grigg-Skjellerup à une distance de 200 km. Avec Rosetta, les chercheurs espèrent bien pouvoir répondre à certaines des questions suscitées par l’analyse des résultats spectaculaires de Giotto.

Les autres missions ayant survolé une comète sont : la mission ICE de la NASA en 1985, les deux sondes russes VEGA et les deux sondes japonaises Suisei et Sakigake, qui faisaient partie de la flotte d’étude de la comète de Halley en 1986 ; la mission Deep Space 1 de la NASA qui a survolé la comète Borelly en 2001 et la mission Stardust également de la NASA qui a survolé la comète Wild 2 au début du mois et a recueilli des échantillons de la chevelure devant être ramenés sur Terre en 2006. L’été 2002 a malheureusement été marqué par l’échec de la sonde Contour de la NASA lors de son insertion sur sa trajectoire interplanétaire. La sonde Deep Impact, qui sera lancée cette année, projettera un gros bloc de cuivre sur le noyau d’une comète pour étudier la matière éjectée.

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