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 JUICE

Envoyer un vaisseau spatial vers Europe

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L'exploration du système solaire exige de la patience: l'Agence spatiale européenne (ESA) annonce qu'une nef ira rendre visite à Europe en... 2030 ! Ce vaisseau, baptisée Juice (JUpiter ICy moons Explorer), sera lancé par Arianedepuis l'astroport européen de Kourou (Guyane Française) en 2022.

Si la sonde Juice étudiera Jupiter, l'astre central du monde jupitérien, et son environnement, sa mission essentielle, durant trois ans minimum, sera de dresser des portraits les plus précis possibles de trois de ses lunes: Europe, Ganymède et Callisto.

Ces troismondes gelés excitent les astrophysiciens. Ils pourraient abriter des océans internes, sous une couche de glaces et de rocs.

Dans le langage de communication des Agences spatiales, qui dit eau, surtout possiblement liquide, dit possibilité de vie. Du coup, l'ESA, au lieu de s'en tenir à un discours raisonnable et déjà enthousiasmant sur l'exploration détaillée de ces mondes largement inconnus, entonne le refrain habituel de la Nasa sur l'exploration martienne et parle sans hésiter de la recherche de "traces de vie"

capture13-5.jpgC'est là aller bien trop vite en besogne. Comme s'il était nécessaire, pour que les contribuables européens et leurs gouvernements, financent l'exploration spatiale, de promettre... la Lune. 

La mission de Juice est pourtant passionnante. Elle va permettre d'étudier une sorte de "système solaire en miniature", très divers par ses composants et leurs interactions. Puisque les "jupiters" sont très nombreux autour des étoiles, comme le montrent les découvertes de plusieurs centaines d'exo-planètes, savoir quelles sont les conditions qui peuvent y régner et si elles peuvent être favorables à la vie est bigrement intéressant. Quant à l’atmosphère et la magnétosphère de Jupiter, et les relations complexes de lagéante gazeuseavec ses satellites constituent un sujet précieux d'astrophysique.

La sonde approchera Callisto, l'astre du Système solaire qui comporte le plus grand nombre de cratères. Elle survolera deux fois Europe de près ce qui lui permettra de mesurer pour la première fois l’épaisseur de sa croute glacée d’Europa.

La sonde doit à cette occasion dénicher des sites adaptés à une future exploration in situ, car les astrophysiciens rêvent d'envoyer un robot explorer l'océan qui doit se trouver sous la glace. Un truc de S-F...et qui n'est pas pour demain matin.

La sonde se mettra ensuite en orbite autour de Ganymède en 2032. Elle étudiera alors sa surface glacée et sa structure interne, et l'océan souterrain, si les astrophysiciens ont bien interpréter les observations de la sonde Galileo. Ganymède est la seule lune du Système solaire à générer son propre champ magnétique que Juice observera en détail. 

Parmi les scientifiques français, très bien représentés dans cette mission, de l'équipe de Juice, on relève les noms d'Athena Coustenis(Cnrs, Observatoire de Paris Meudon), Michel Blanc (Ecole Polytechnique), Olivier Grasset (Université de Nantes), Pierre Drossart(Cnrs, Lesia, observatoire de Paris).

L’annonce de l'ESA met fin à une procédure engagée en 2004 lorsque l’Agence a consulté la communauté scientifique pour décider quels seraient les objectifs de l’Europe en matière d’exploration spatiale pour les 10 ans à venir.  L'ESA a pris cette décision de financer cette mission majeure du programme Cosmic Vision (2015-2025) au détriment de deux autres candidats, une mission d'étude des ondes gravitationnelles (NGO) et un télescope pour l'astrophysique des hautes énergies (Athena).

Une sonde européenne vers les lunes de Jupiter

L'Agence spatiale européenne va développer son premier orbiteur de Jupiter. La sonde JUICE (Jupiter Icy Moons Explorer) sera lancée dans 10 ans pour rejoindre la planète géante en 2030 et explorer ses lunes Europe, Ganymède et Callisto.

Lors de son décollage depuis la Guyane en juin 2022, cette sonde de 1,2 tonne emportera près de 3 tonnes d'ergols pour réussir son insertion et ses manœuvres dans le domaine jovien après un voyage de 7,6 ans (à peu près aussi long que celui de Cassini vers Saturne). Dotée de panneaux solaires pour son limitation électrique (à cette distance du Soleil il en faudra 75 m2 pour alimenter les équipements et les instruments), la sonde JUICE ne pourra pas s'aventurer trop près des redoutables ceintures de radiation de Jupiter. C'est pourquoi elle explorera principalement les lunes externes : Callisto, l'objet le plus cratérisé du système solaire, et surtout Ganymède, la seule lune connue à générer un champ magnétique et autour de laquelle JUICE se satellisera en 2032. Cela ne l'empêchera pas d'effectuer également deux survols rapproché de la mystérieuse lune Europe.

Outre la surface de ces lunes, elle étudiera leur structure interne et notamment la possible présence d'océans ou au moins de réservoirs d'eau sous la glace. Sur Europe, elle recherchera la présence de molécules organiques et effectuera le premier sondage sous sa surface, afin de déterminer l'épaisseur de la couche de glace supérieure et la profondeur à laquelle se trouve l'océan tant espéré par les planétologistes et les exobiologistes.

La sonde étudiera également l'atmosphère de Jupiter et les interactions électrodynamiques entre la planète et ses lunes, ainsi que les couplages gravitationnels qui engendrent des phénomènes de marées à l'intérieur des lunes et assurent leur réchauffement interne - une des conditions nécessaires à l'existence d'océans.

Au delà d'une meilleure compréhension du système jovien, la mission devrait nous donner une idée des possibles évolutions de systèmes de satellites autour des nombreuses planètes géantes détectées par les astronomes autour d'autres étoiles, et des possibilités que ceux-ci puissent abriter des conditions propices à la vie. Sans imaginer des lunes luxuriantes comme le cinéma nous y a habitués avec des films comme « La Guerre des Etoiles » ou « Avatar », si les océans des lunes galiléennes s'avéraient stériles, il n'en sera peut-être pas de même pour leurs lointains cousins.

Caractéristiques techniques de la sonde spatiale

La sonde a une masse de 4 590 kg dont environ 2900 kg carburant qui doivent permettre de générer environ un delta-v d'environ 2,5 km/s. L'énergie électrique est fournie par des panneaux solaires orientables de très grande taille (plus de 60 m²) pour compenser l'éloignement du Soleil. Pour affronter le champ magnétique intense de Jupiter, les organes les plus sensibles de la sonde sont abrités derrière un blindage d'environ 10 mm d'aluminium qui représente une masse totale de 80 kg. La sonde devrait recevoir une dose de radiations ionisantes derrière son bouclier de 850 grays mais devra être conçue pour résister à 1500 Grays. La sonde est stabilisée 3 axes ; lorsqu'elle est en orbite autour de Ganymède elle est mise en rotation autour d'un de ses axes pour stabiliser son orientation. Le système de télécommunications fonctionne en bande X et Ka et utilise une antenne fixe grand gain de plus de 3 mètres de diamètre.

La charge utile

La charge utile ainsi que l'avionique représentent une masse de 104 kg. La consommation électrique moyenne allouée à l'instrumentation est de 120 à 150 Watts. Il est prévu que la sonde emporte 11 instruments scientifiques :

  • Le système de télécommunications doit être utilisé pour des mesures de densité, .. (JRST)
  • Un altimètre laser (LA)
  • Un radar permettant d'effectuer des observations sur le sous-sol (SSR) comporte une antenne de 10 mètres de long.
  • Un spectromètre en lumière visible et infrarouge (VIRHIS)
  • Un instrument de mesures des ondes radio et plasma (RPWI) dispose de plusieurs antennes de 2 à 3 mètres de long
  • Un sondeur millimétrique (SWI)
  • Un système de radio-occultation (USO)
  • Une caméra à haute résolution (HRC)
  • Une caméra grand angle munie de 12 filtres (WAC)
  • Un magnétomètre (MAG) comprend une antenne de 5 mètres de long.
  • Un instrument de mesure des particules et du plasma (PLP)

La sonde spatiale doit être lancée par une fusée Ariane V . Pour rejoindre le système jupitérien, JUICE utilise à trois reprises l'assistance gravitationnelle des planètes intérieures. Le déroulement du transit vers Jupiter est le suivant :

  • 2020  : lancement
  • Juillet 2020 : survol de Vénus
  • Avril 2021 : premier survol de la Terre
  • Juillet 2023 : deuxième survol de la Terre
  • Février 2026 : arrivée dans le système jupitérien.

La sonde utilise l'assistance gravitationnelle de Io pour s'insérer sur une orbite elliptique initiale de 200 jours autour de Jupiter. L'excentricité de l'orbite est fortement réduite après avoir bouclé un premier tour en utilisant une nouvelle fois l'assistance gravitationnelle de Io (juillet 2026). La mission scientifique démarre dès l'entrée dans le système jupitérien.

La sonde effectue d'abord 9 survols de Callisto puis se place sur une orbite polaire autour de Ganymède. Durant une première phase de 120 jours, la sonde circule sur une orbite elliptique de 10000x200 km puis sur une orbite circulaire de 5000 km. Puis la sonde descend sur une orbite circulaire de 400 km durant 180 jours. La mission principale s'achève en 2029.

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