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| Cassini-Huygens | |
| | |
| Caractéristiques | |
| Organisation | NASA (Cassini), ESA (Huygens) |
| Domaine | Observation de Saturne |
| Masse | 2 150 kg (Cassini) 350 kg (Huygens) |
| Lancement | 15 octobre 1997 à 08:43 UTC |
| Lanceur | Titan IV-Centaur |
| Fin de mission | Prévue pour 2010 |
| Durée | 13 ans |
| Durée de vie | {{{durée de vie}}} |
| Désorbitage | {{{désorbitage}}} |
| Autres noms | {{{autres_noms}}} |
| Programme | {{{programme}}} |
| Index NSSDC | 1997-061A |
| Site | saturn.jpl.nasa.gov |
| Orbite | Trajet interplanétaire (1997-2004) Orbite saturnienne (depuis 2004) |
| Périapside | {{{périapside}}} |
| Périgée | {{{périgée}}} |
| Apoapside | {{{apoapside}}} |
| Apogée | {{{apogée}}} |
| Altitude | {{{altitude}}} |
| Localisation | {{{localisation}}} |
| Période | {{{période}}} |
| Inclinaison | {{{inclinaison}}} |
| Excentricité | {{{excentricité}}} |
| Demi-grand axe | {{{demi-grand axe}}} |
| Orbites | {{{orbites}}} |
| Type | {{{télescope_type}}} |
| Diamètre | {{{télescope_diamètre}}} |
| Superficie | {{{télescope_superficie}}} |
| Focale | {{{télescope_focale}}} |
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| Longueur d'onde | {{{télescope_longueur_d'onde}}} |
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La mission Cassini-Huygens est une mission spatiale automatique réalisée par une collaboration entre le Jet Propulsion Laboratory (JPL) pour la NASA, l'Agence spatiale européenne (ESA) et l'Agence spatiale italienne (ASI). Son objectif est l'étude de la planète Saturne et de plusieurs de ses satellites, dont Titan. La sonde spatiale Cassini-Huygens, composée de la sonde Cassini et du module Huygens s'est placée en orbite autour de la planète. Huygens a atterri sur Titan.
Le nom de la mission est un hommage à Jean-Dominique Cassini, astronome français d'origine italienne du XVIIe siècle à l'origine d'observations et de découvertes fondamentales concernant Saturne dont la structure annelée des anneaux, et à Christiaan Huygens, astronome néerlandais du même siècle, qui a découvert Titan[1]. Si Galilée avait le premier mis en évidence l'aspect étrange de Saturne, les instruments rudimentaires dont il disposait ne lui permettaient cependant pas de différencier les anneaux de la planète.
Présentation
La mission Cassini-Huygens est une mission conjointe de la NASA, de l'Agence spatiale européenne et de l'Agence spatiale italienne dont le but principal est d'explorer Saturne et ses satellites, en particulier Titan. L'idée de cette mission remonte à 1982. La durée totale initiale de la mission est estimée à 11 ans, du lancement le 15 octobre 1997 jusqu'au 30 juin 2008. Elle a été étendue jusqu'en 2010.
La sonde Cassini-Huygens est composée de l'orbiteur Cassini, équipé au total de 12 instruments, et de l'atterrisseur Huygens, équipé de 6 instruments. Le 1er juillet 2004, la sonde est entrée en orbite autour de Saturne et le 14 janvier 2005, le module Huygens s'est posé sur Titan.
La mission Cassini-Huygens a notamment déjà permis d'avoir les premières images détaillées de Phœbé, d'étudier en détails la structure des anneaux de Saturne, d'étudier Titan de manière approfondie et de découvrir une trentaine de nouvelles lunes de Saturne dont les tailles varient de 2,5 à 7 km, portant le nombre total de satellites saturniens à 60 (nombre connu au 15 juillet 2007). La sonde permit également de découvrir quelques nouveaux anneaux de Saturne et même autour de certains de ses satellites[2].
Objectifs
Les objectifs principaux[3],[4] de la mission sont :
- déterminer la structure en 3D des anneaux de Saturne et la dynamique de leur comportement ;
- déterminer la composition de la surface des satellites et leur histoire géologique ;
- déterminer la nature et l'origine de la matière sombre présente sur Japet ;
- mesurer la structure en 3D et le comportement de la magnétosphère de Saturne ;
- étudier la dynamique du comportement de l'atmosphère de Saturne au niveau de ses nuages ;
- étudier le comportement météorologique de Titan ;
- étudier la surface de Titan.
Origine du projet
L'origine du projet[5] remonte à 1982, quand des scientifiques de la Fondation européenne de la science et de la National Academy of Sciences (États-Unis) eurent l'idée d'envoyer vers Saturne une mission comportant à la fois un orbiteur et un atterrisseur. En 1983, le projet fut soutenu par la NASA qui faisait les mêmes recommandations. De 1984 à 1985, la NASA et l'ESA menèrent des études conjointes sur le projet. L'ESA continuait seule les études sur le projet en 1986, alors qu'en 1987, l'astronaute Sally Ride défendait l'idée dans un rapport.
En 1988, Len Fisk, un administrateur de la NASA se ralliait à l'idée d'une mission commune entre la NASA et l'ESA. Il écrivit à son homologue de l'ESA, Roger Bonnet, en lui recommandant fortement de choisir la mission Cassini parmi les trois choix qui s'offrait à lui, en disant que la NASA s'engagerait dans le projet dès que l'ESA le ferait.
À cette époque, la NASA devenait sensible au sentiment grandissant au sein de l'ESA que la NASA ne considérait pas les Européens comme des égaux. Les officiels de la NASA et leurs conseillers décidèrent de s'impliquer dans la mission Cassini-Huygens pour corriger ce sentiment, prêts à partager les bénéfices scientifiques et technologiques de la mission. Cette initiative fut en partie influencée par la coopération de plus en plus étroite que les Européens entretenaient avec l'Union soviétique en matière spatiale, plus étroite que celle qu'ils entretenaient avec la NASA.
Ces considérations permirent non seulement d'améliorer la collaboration entre l'ESA et la NASA, mais aussi de défendre le projet auprès du Congrès américain et, à partir de 1994, il était sur les rails.
La sonde
Pesant 5 650 kg (poids au lancement), soit le double du poids de la sonde Galileo qui tourna autour de Jupiter (1995-2003), elle est composée de deux modules :
- Cassini elle-même, destinée à l'exploration du système planétaire de Saturne ;
- Huygens, un module destiné à pénétrer dans l'atmosphère de Titan, le plus gros satellite de Saturne, et à s'y poser en parachute.
Module Cassini
La sonde Cassini[6] a été réalisée par le JPL en collaboration avec l'ESA (pour le module de relais de Huygens : le PSE ou Probe Support Equipment) et l'ASI (pour l'antenne de communication à haut gain). La sonde a été nommée d'après l'astronome Jean-Dominique Cassini, qui a étudié les anneaux de Saturne en détail et découvert certaines des principales lunes de la planète géante (Japet, Rhéa, Téthys et Dioné).
La sonde pénétrant dans le système saturnien en juin 2004, y commence son programme de 4 années par la visite de Phœbé le 11 juin 2004, soit 3 semaines avant sa satellisation autour de Saturne. Phœbé est la lune la plus distante de Saturne connue. L'insertion dans l'orbite saturnienne a eu lieu le 1er juillet 2004 par un ensemble de manœuvres l'amenant à traverser les anneaux de Saturne (entre les anneaux F et G) et à s'approcher à environ 18 000 km de Saturne (soit 0,3 fois le rayon de Saturne), ce qui ne se reproduira plus durant l'ensemble de la mission vu le risque encouru. En effet, elle devait découvrir par la suite que le vide supposé entre ces deux anneaux est truffé de petit anneaux (annelets) diffus de particules fines.
La mission telle programmée sur exactement 4 ans (2004-2008) comprend 74 orbites autour de la planète géante, incluant 44 survols de Titan, ainsi que de nombreux survols des autres lunes de Saturne.
Module Huygens
Cassini sert également au transport de Huygens[7], un module d'exploration de 318 kilogrammes destiné à pénétrer dans l'atmosphère de Titan, la plus grosse lune de Saturne et, après Ganymède, la deuxième plus grosse lune du système solaire, dont la composition comprend peut-être des hydrocarbures et autres molécules à l'origine de la vie. Le module, réalisé par l'ESA, a été baptisé d'après l'astronome Christiaan Huygens, qui a découvert le satellite en 1655.
Huygens a été libéré par Cassini le 25 décembre 2004 pour un voyage de vingt-deux jours vers Titan. La sonde s'est posée, comme prévu, le 14 janvier 2005 à la surface de Titan et a transmis les premières photos. Ces premières photos révèlent une géologie active, comme sur Io faisant de Titan un satellite exceptionnel dans le système solaire. Les six instruments à bord de Huygens permettront de connaître les détails de la composition chimique de l'atmosphère, puis de la surface elle-même. La sonde continuera d'émettre (à un débit d'environ 8 kbit/s) jusqu'à épuisement de ses batteries ou quand Cassini, qui sert de relais en direction de la Terre, sera hors de portée de réception. La durée attendue de la mission est de l'ordre de deux heures à deux heures et demie, à partir de l'insertion dans l'atmosphère de Titan. Huygens sera le premier objet réalisé par l'homme à se poser en douceur et intact sur un corps céleste du système solaire extérieur (au-delà de la ceinture d'astéroïdes, celle-ci se situant entre les orbites de Mars et de Jupiter).
Huygens est composé de deux modules, l'Entry Assembly (ENA) et le Descent Module (DM). Le premier assure le transport du second depuis la séparation de Cassini jusqu'à Titan, sert de protection thermique lors de l'insertion dans l'atmosphère de Titan, et ralentit la sonde par ses parachutes jusqu'à la libération du Descent Module. Celui-ci contient toute l'instrumentation scientifique ainsi que ses propres parachutes pour la descente et les contrôles d'orientation de la sonde.
L'instrumentation de Huygens[8] située dans le Descent Module comprend les instruments suivants :
- Huygens Atmospheric Structure Instrument (HASI)
- Doppler Wind Experiment (DWE)
- Descent Imager/Spectral Radiometer (DISR)
- Aerosol Collector and Pyrolyser (ACP)
- Gas Chromatograph and Mass Spectrometer (GCMS)
- Surface Science Package (SSP)
Chronologie
La sonde a été lancée[9] le 15 octobre 1997 à 8 h 43 UTC de Cap Canaveral, États-Unis, sur une fusée Titan-IVB/Centaur de l'armée de l'air des États-Unis.
Le voyage vers Saturne a été effectué en utilisant à quatre reprises l'assistance gravitationnelle[10] :
- Vénus le 27 avril 1998
- de nouveau Vénus le 24 juin 1999
- la Terre le 18 août 1999
- Jupiter le 30 décembre 2000
La sonde est arrivée en orbite autour de Saturne, comme prévu, le 1er juillet 2004. À compter de cette date, la durée nominale de la mission de la sonde Cassini est de quatre ans, jusqu'au 30 juin 2008. Au vu des réserves de propergols encore disponibles à bord (pour les changements d'orbite), une prolongation de 2 ans de cette mission est déjà décidée.
Le budget total de la mission est 3,26 milliards de dollars, dont :
- 1,4 milliard de dollars pour le développement du projet ;
- 704 millions de dollars pour la mission en elle-même ;
- 422 millions de dollars pour le lancement ;
- 54 millions de dollars pour le suivi de la sonde.
Les États-Unis y ont contribué pour 2,6 milliards de dollars, l'ESA pour 500 millions et l'ASI pour 160 millions.
250 scientifiques sont mobilisés pour la mission.
La sonde est équipée pour réaliser 27 types d'investigations différentes. Cassini est équipé de 12 instruments et Huygens de 6, les dits instruments ayant souvent des fonctions multiples.
La trajectoire de la sonde[11] Cassini-Huygens utilise l'assistance gravitationnelle[12] en passant dans l'orbite de Vénus, de la Terre et de Jupiter, afin d'obtenir une vitesse suffisante pour atteindre Saturne. Elle a parcouru 3,5 milliards de kilomètres pour atteindre Saturne[13].
Voici les étapes permettant de reconstituer la trajectoire de la sonde :
- Lancement : Fenêtre de tir du 6 octobre au 15 novembre 1997. Le lancement est repoussé deux fois, la première fois à cause du système de refroidissement et la deuxième à cause du système informatique. Le lancement a finalement lieu le 15 octobre 1997 à 04h43 heure locale (08h43 temps universel).
- Entrée dans une orbite de transfert de Vénus. Survol de Vénus le 26 avril 1998 à une vitesse de 11,7 km/s et à une altitude de seulement 300 km.
- Correction de trajectoire le 3 décembre 1998.
- Entrée dans une orbite de transfert de Vénus. Survol de Vénus le 24 juin 1999 à une vitesse de 13,6 km/s et à une altitude de 600 km.
- Entrée dans une orbite de transfert de la Terre. Survol de la Terre le 18 août 1999 à une vitesse de 19,1 km/s et à une altitude de 1 200 km.
- 1er décembre 1999 : L'antenne à haut gain (HGA) est dirigée vers la Terre.
- 23 janvier 2000 : approche de l'astéroïde (2685) Masursky à 1,5 millions de kilomètres
- Février 2000 : Correction de trajectoire à cause d'un défaut du système radio de Huygens. Il n'a pas été tenu compte de l'effet Doppler dans la conception de ce système. La nouvelle trajectoire permet de corriger cet effet et les capacités de transmission reviennent quasiment à la normale.
- 18 août 2000 : Approche de Himalia, une lune de Jupiter, à 4,4 millions de kilomètres.
- 1er octobre 2000 : Début de l'observation de Jupiter, à 84,4 millions de kilomètres
- 30 décembre 2000 : Survol de Jupiter à 9,7 millions de kilomètres, à une vitesse de 11,6 km/s, ce qui raccourcit le voyage vers Saturne de 2 ans.
- 22 mars 2001 : Fin de l'observation de Jupiter à 84 millions de kilomètres.
- 6 février 2004 : Début de l'observation de Saturne.
- 11 juin 2004 : Survol de Phœbé,.
- 1er juillet 2004 : Capture par l'attraction de Saturne et première traversée de l'anneau de la planète.
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Les temps donnés correspondent aux temps dits « earth received », c'est-à-dire 67 minutes après que les événements réels se sont déroulés (le temps qu'il faut à un signal pour parcourir la distance séparant le système saturnien de la Terre). Les temps sont donnés en heures CET (heure de Paris)[14].
- Le 14 janvier 2005 à 11 h 13 CET : Huygens entre dans l'atmosphère rouge orangé de Titan, à 1 270 kilomètres d'altitude au-dessus de sa surface.
- 11 h 17 CET : le parachute pilote (2,6 mètres de diamètre) est déployé, alors que la sonde, qui n'est plus qu'à 180 kilomètres de la surface, fonce à 400 m/s (soit 1 440 km/h).
Une des fonctions de ce parachute est d'enlever la protection thermique arrière de la sonde. En 2,5 secondes, cette protection est enlevée et le parachute pilote est largué. Le parachute principal (8,3 mètres de diamètre) est alors déployé.
- 11 h 18 CET : à environ 160 km de la surface, le bouclier thermique avant est largué. Il est important d'éliminer ces deux boucliers car ils pourraient être une source potentielle d'exo contamination à la surface de Titan.
- Les orifices d'entrée des instruments GCMS et ACP sont ouverts, 42 secondes après le déploiement du parachute pilote. Des perches sont déployées pour exposer les HASI alors que le DISR prend son premier panorama. Il continuera à prendre des images et des données spectrales tout au long de la descente. Le SSP est également mis en route, mesurant des propriétés de l'atmosphère. Huygens commence à transmettre des données en direction de Cassini distante de 60 000 kilomètres.
- 11 h 32 CET : le parachute principal est largué et un autre parachute plus petit (3 mètres de diamètre) prend le relais.
En effet, à ce niveau de l'atmosphère (environ 125 kilomètres d'altitude), le parachute principal ralentirait tellement Huygens que les batteries ne dureraient pas assez longtemps pour pouvoir fournir toute l'énergie nécessaire durant la descente jusqu'au moment de l'atterrissage. Aussi, pour collecter un maximum de données, il convient de ne pas trop ralentir la descente et donc d'utiliser à ce moment un parachute plus petit.
- 11 h 49 CET : à 60 kilomètres d'altitude, Huygens détermine elle-même son altitude, en utilisant une paire d'altimètres radar. La sonde surveille en permanence sa propre rotation et son altitude.
- 12 h 57 CET : le Gas Chromatograph Mass Spectrometer- le dernier des instruments à être activé, l’est complètement. La descente a duré 160 minutes au total. Durant cette descente, la sonde tourne sur elle-même, permettant à la caméra et aux autres instruments de visionner un panorama intégral.
- 13 h 30 CET : à proximité de la surface, Huygens allume une lampe qui aidera à déterminer précisément la composition de la surface de Titan.
- 13 h 34 CET : Huygens touche une surface souple à une vitesse de 5 ou 6 m/s (une vingtaine de km/h).
La nature du terrain est inconnue mais selon toute vraisemblance, ce pourrait être de la glace. Le Surface Science Package recueille les informations durant les minutes suivant que la sonde ne se pose.
- 15 h 44 CET : Cassini, à 60 000 kilomètres de là, continue de collecter les données que lui envoie Huygens pendant 10 minutes encore ; bien que Huygens ait disparu derrière l'horizon de Titan.
- 16 h 14 CET : Cassini transmet ses premières données à la Terre.
source wikipédia
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