Voyage radar au centre de l’astéroïde d’Hera avec le CubeSat Juventas
Le petit véhicule spatial de la taille d’une boîte de chaussures qui a été livré à la mission Hera de l’ESA cette semaine promet de faire faire un bond de géant à la science planétaire. Une fois arrivé aux environs du système d’astéroïdes binaire Didymos et déployé depuis la sonde Hera, le CubeSat Juventas effectuera le tout premier sondage radar de l’intérieur d’un astéroïde, scrutant en profondeur le cœur de la petite lune Dimorphos, qui fait environ la taille de la pyramide de Khéops.
« Les astéroïdes d’aujourd’hui sont des fragments résultant de collisions des éléments constitutifs originaux de tout notre Système solaire ; voir la structure interne d’un astéroïde va nous donner de précieux renseignements sur l’évolution du Système solaire en plus de la défense planétaire », explique Michael Kueppers, scientifique du projet Hera de l’ESA. « Cet astéroïde est-il un monolithe solide, ou un amas de gravats maintenus ensemble par sa gravité ? La réponse aura des conséquences pratiques sur la manière dont les astéroïdes qui se dirigent vers la Terre pourraient être déviés à l’avenir. »
Mesurant seulement 37 x 23 x 10 cm, le CubeSat Juventas est supervisé pour l’ESA par la société luxembourgeoise GomSpace, et l’intégration de l’engin spatial a eu lieu au siège social de GomSpace, au Danemark. La société est spécialisée dans les CubeSats – de petits satellites à petit budget assemblés à partir de boîtes standardisées de 10 cm –, mais ceux-ci sont généralement destinés à l’orbite terrestre.
Construire pour l’espace profond
Jan Persson dirige le projet Juventas pour GomSpace : « C’est une mission très différente des CubeSats que nous fabriquons et pilotons habituellement. Aller au-delà de l’orbite terrestre, dans l’espace profond, est une occasion rare, qui requiert de porter une attention extrêmement précise aux détails. Juventas a également besoin d’un système de navigation suffisamment agile pour se piloter lui-même autour d’un astéroïde. »
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La mission Hera de l’ESA est la contribution de l’Europe à une expérience internationale de défense planétaire. Après l’impact de la mission DART avec l’astéroïde Dimorphos, une lune du plus gros astéroïde Didymos, en 2022 – modifiant son orbite autour de Didymos et envoyant un panache de débris à des milliers de kilomètres dans l’espace – Hera ciblera Dimorphos afin d’effectuer un examen en gros plan du cratère laissé par DART. La mission mesurera également la masse et la composition de Dimorphos et de Didymos.
Hera doit être lancé en octobre 2024, avec à son bord deux CubeSats destinés à des observations rapprochées de la paire d’astéroïdes : Juventas et la mission hyperspectrale Milani. Le trio restera connecté autour des astéroïdes via un système innovant de liaison intersatellites.
Le plus petit radar à avoir jamais volé dans l’espace
Baptisé du nom romain de la fille d’Hera, Juventas est peut-être petit, mais il a une grande empreinte technique. Son instrument radar basse fréquence – le plus petit système radar à avoir jamais volé dans l’espace – a été conçu par l’Institut de planétologie et d’astrophysique de Grenoble de l’Université Grenoble Alpes (France) et l’Université technique de Dresde (Allemagne), et l’électronique provient d’EmTroniX (Luxembourg). Ses signaux radar seront transmis depuis un quatuor d’antennes de 1,5 m de long – plus longues que l’engin spatial Juventas lui-même – qui ont été fournies par Astronika (Pologne).
« L’instrument radar de Juventas – ou JuRa – est unique, et donnera à la communauté scientifique un aperçu rare de la fabrication d’un astéroïde », explique Jan Persson. « Il a été miniaturisé pour s’intégrer dans le format CubeSat. Le principal défi fut que l’instrument génère beaucoup de chaleur à l’intérieur de l’engin spatial, et notre équipe de conception thermique chez GomSpace a travaillé dur sur ce sujet. »
L’ingénieur système d’Hera Franco Perez Lissi ajoute : « Pour se piloter lui-même, Juventas embarque également une caméra en lumière visible, un lidar, des suiveurs stellaires pour la navigation et un système de propulsion à gaz froid, plus la liaison radio intersatellites pour partager sa position et ses données avec Hera ».
Afin d’effectuer son sondage radar du plus petit astéroïde, Juventas se placera sur une « orbite terminateur autostabilisée » unique autour de Didymos. Cela implique d’orbiter parallèlement au terminateur, la ligne jour-nuit de l’astéroïde, et de trouver l’équilibre entre la faible attraction gravitationnelle de l’astéroïde et la faible mais constante poussée de la lumière solaire elle-même – la pression de radiation solaire. De fait, la gravité de Didymos est si faible que Juventas sera en orbite à une vitesse de seulement quelques centimètres par seconde, et linstrument JuRa profitera de cette faible vitesse pour envoyer plusieurs fois le même signal codé vers l’astéroïde, ce qui augmentera le rapport signal/bruit global de l’instrument. Les signaux réfléchis seront décodés et convertis en image 3D à leur arrivée sur Terre.
En approche pour l’atterrissage
Une fois que Juventas aura terminé son sondage radar, il se mettra en orbite autour de Dimorphos pour entamer la phase suivante de sa mission : se poser sur le plus petit astéroïde. Jan Persson note : « Nous réfléchissons toujours à la meilleure façon de le faire, mais notre vitesse devrait être suffisamment faible – de l’ordre de quelques centimètres par seconde – pour que Juventas se pose sans rebondir dans l’espace. Les accéléromètres et gyroscopes embarqués recueilleront des données à partir de ce moment pour en savoir plus sur les propriétés de la surface. Lorsque Juventas sera posé, nous voulons qu’il soit en configuration stable pour opérer sa deuxième charge utile scientifique, le gravimètre GRASS. »
GRASS (Gravimeter for Small Solar System Objects), le premier instrument à mesurer directement la gravité à la surface d’un astéroïde, a été développé par l’Observatoire royal de Belgique (ROB) avec la société espagnole EMXYS. Cet instrument doit enregistrer l’évolution de la gravité sur Dimorphos au fil de son orbite autour de Didymos.
Les CubeSats Juventas et Milani ont rejoint leur vaisseau-mère Hera pour des tests au Centre d’essais de l'ESTEC de l'ESA, aux Pays-Bas, le plus grand centre d’essais de véhicules spatiaux d’Europe. Le trio sera placé dans la chambre de compatibilité électromagnétique Maxwell pour vérifier que les liaisons intersatellites fonctionnent comme prévu.
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