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BEPICOLOMBO

Une mission d'exploration de l'Agence spatiale européenne (ESA) vers la planète Mercure qui doit être lancée en août 2015

 capture48-2-2.jpgLogo de la mission

Elle est ainsi nommée en l'honneur du scientifique italien Giuseppe Colombo, dit Bepi. Elle est développée conjointement avec l'agence d'exploration aérospatiale japonaise (JAXA). Après un vol de transit de 6 ans et le recours à six reprises à l'assistance gravitationnelle des planètes intérieures, les deux orbiteurs qui composent la mission doivent se placer en 2022 en orbite autour de Mercure :

  • l'orbiteur MPO, développé par l'ESA, a pour mission principale l'étude de l'intérieur et de la surface de la planète Mercure ;
  • l'orbiteur MMO, développé par l'agence spatiale japonaise JAXA, a pour objectif l'étude du champ magnétique, de la magnétosphère, de l'exosphère ainsi que des ondes et des particules situées dans l'environnement immédiat de la planète.

Un troisième module, le Mercury Transfer Module, ou MTM, dont la maîtrise d'œuvre est confiée à l'ESA, prend en charge le transit des éléments MPO et MMO jusqu'à l'orbite de Mercure. À l'origine un atterrisseur était également prévu, mais des restrictions budgétaires ont conduit à son abandon.

Contexte

capture49-2-2.jpgLa sonde Mariner 10

Mariner 10 est la première sonde spatiale à avoir approché Mercure qui l'a survolée à trois reprises en 1974 et 1975. Cette sonde, lancée le 3 novembre 1973 en direction de Vénus, a utilisé pour la première fois l'assistance gravitationnelle d'une planète (Vénus) pour atteindre Mercure dont le survol n'était pas prévu à l'origine. Equipée d'une caméra, d'un magnétomètre et de plusieurs spectromètres Mariner 10 a permis notamment la découverte d'un champ magnétique significatif et de la forte densité de la planète révélatrice d'un noyau ferreux de grande taille. Les télescopes terrestres les plus puissants n'avaient pas permis d'obtenir des images de qualité de la surface du fait de la proximité de l'alignement avec le Soleil. Les photos prises par Mariner 10 ont permis de cartographier près de 45 % de la surface de la planète avec une résolution d'environ 1 km et révélé une surface ancienne couverte de cratères à l'apparence très proche de celle de la Lune. Le survol suivant de Mercure n'a lieu qu'en 2008 grâce à la sonde spatiale MESSENGER développé par la NASA. En effet la mise en orbite autour de la planète nécessite de faire face à deux difficultés : pour se placer en orbite autour de Mercure en suivant une trajectoire directe, une sonde lancée depuis la Terre doit disposer d'une capacité d'accélération de 13 km/s. Par ailleurs une sonde placée en orbite autour de Mercure est soumise à des températures très élevée qui nécessite des dispositifs adaptés et une parfaite maitrise de l'orientation.

Objectifs de la mission

Les principaux objectifs scientifiques de BepiColumbo sont :

  • analyse de la composition de Mercure afin de recueillir des données sur la nébuleuse solaire primitive ayant conduit à la formation du système solaire ;
  • expliquer la densité anormalement élevée de Mercure comparée aux autres corps du système solaire ;
  • déterminer si le noyau de Mercure se trouve à l'état solide ou liquide ;
  • recherche et étude d'une activité tectonique éventuelle ;
  • expliquer la présence d'un fort champ magnétique intrinsèque autour de Mercure alors que Vénus ou Mars en sont dépourvues ;
  • expliquer l'absence de traces de fer lors de toutes les analyses spectroscopiques alors qu'il est supposé être le constituant principal de la planète ;
  • détecter la présence éventuelle de glace d'eau ou de sulfure à l'ombre des cratères des régions polaires ;
  • réaliser une cartographie complète de la planète, en particulier de l'hémisphère non encore exploré par Mariner 10 ;
  • étude des mécanismes à l'origine de l'exosphère ;
  • étude de l'interaction du champ magnétique avec le vent solaire en l'absence d'ionosphère ;
  • décrire la structure de la magnétosphère et des phénomènes associés (ceintures de radiations, orages magnétiques...) ;
  • utiliser l'avance du périhélie de Mercure, due à la courbure de l'espace-temps près du Soleil, pour tester la théorie de la relativité générale.

Le transit entre la Terre et Mercure

BepiColombo doit être lancée en aout 2015 par une fusée Ariane 5 qui la place sur une orbite héliocentrique. La sonde combine l'action de ses moteurs ioniques et le recours à l'assistance gravitationnelle pour parvenir jusqu'à Mercure. Elle survole au cours de son transit à faible altitude la Terre à une reprise, Vénus à deux reprises et Mercure à quatre reprises.

Déroulement de la mission

Date

Evénement

15/8/2015

Lancement en orbite de transfert géostationnaire

8/2015

Augmentation de l'altitude avec un moteur de propulsion chimique à 436 000 km

8/2015

Survol de la Lune pour échapper à l'attraction terrestre et se placer sur une orbite héliocentrique

Modification continue de la trajectoire par la propulsion ionique - le Solar Electric Propulsion module (SEPM), poussée jusqu'à 0,29 Newton

16/8/2016

Assistance gravitationnelle de la Terre

25/11/2017

Assistance gravitationnelle de Vénus

18/7/2018

Assistance gravitationnelle de Vénus

15/2/2019

Assistance gravitationnelle de Mercure

7/11/2019

Assistance gravitationnelle de Mercure

26/1/2021

Assistance gravitationnelle de Mercure

8/3/2021

Assistance gravitationnelle de Mercure

27/1/2022

largage du module de propulsion ionique sur Mercure à l'arrivée

Insertion en orbite à l'aide des moteurs à propulsion chimique du MPO

27/4/2023

Fin de la mission nominale

27/4/2024

Fin de la mission étendue

Caractéristiques techniques des sondes spatiales

La mission BepiColombo comprend 4 modules dont deux modules techniques et deux sondes spatiales qui prennent leur autonomie une fois la mise en orbite autour de Mercure effectuée.

L'orbiteur MPO

capture51-2-2.jpgL'orbiteur MPO (Mercury Planetary Orbiter)

Est une sonde spatiale stabilisée 3 axes qui est placée en orbite polaire elliptique (400 x 1500 km) et parcourt une révolution autour de la planète en 2,3 heures. MPO, qui est développé par l'Agence spatiale européenne, a pour objectif l'étude de la planète. Sa masse est de 400 kg et elle emporte une charge utile de 50 kg. L'énergie solaire est fournie par 3 panneaux solaires formant une aile unique orientable. Les panneaux qui produisent environ 1000 Watts durant la mission scientifique sont recouverts en partie de parties réfléchissantes (les Optical Solar Reflectors ou OSR) pour limiter la montée en température. Pour atteindre cet objectif les panneaux solaires sont également orientés de manière à ce que l'incidence des rayons solaires ne soit pas perpendiculaire. Le contrôle d'attitude est réalisé à l'aide 4 roues de réaction et deux ensembles redondants de 10 moteurs-fusées de 10 Newtons de poussée consommant de l'hydrazine. L'orientation du module est déterminée à l'aide de 3 senseurs stellaires, deux centrales à inertie comportant chacune 4 accéléromètres et 4 gyroscopes et deux ensemble de deux senseurs solaires fins redondants. Les corrections de trajectoire sont confiés à deux ensembles redondants de quatre moteurs-fusées de 22 Newtons de poussée biergols consommant un mélange d'hydrazine et deMON-3. Les télécommunications sont assurées en bande X par une antenne grand gain orientable de 1 mètre de diamètre, une antenne moyen gain orientable et deux antennes faible gain fixes.

Les instruments scientifiques de MPO.

Instruments

Caractéristiques

BELA

Altimètre laser utilisé pour la cartographie (BepiColombo Laser Altimeter)

ISA

Accéléromètre (Italian Spring Accelerometer)

MERMAG

Magnétomètre (Mercury Magnetometer)

MERTIS-TIS

Spectromètre et radiomètre infrarouge thermique (Mercury Radiometer and Thermal Imaging Spectrometer)

MGNS

spectromètre à neutrons et rayons gamma (Mercury Gamma-Ray and Neutron Spectrometer)

MIXS

Spectromètre imageur rayons X (Mercury Imaging X-ray Spectrometer)

MORE

Transpondeur utilisé pour une expérience d'occultation radio (Mercury Orbiter Radio-science Experiment)

Phébus

Spectromètre ultraviolet lointain et extrême (Probing Hermean Exosphere by Ultraviolet Spectroscopy)

SERENA

Spectromètre de masse et analyseur de particule (Search for Exospheric Refilling and Emitted Natural Abundances)

SIMBIO-SYS

spectromètre infrarouge et caméras haute définition (Spectrometers and Imagers for MPO BepiColombo Integrated Observatory Sytem)

SIXS

Spectromètre rayons X (Solar Intensity X-ray and particle Spectrometer)

L'orbiteur magnétosphérique (MMO)

L'orbiteur MMO (Mercury Magnetospheric Orbiter) est un satellite scientifique développé par l'agence spatiale japonaise JAXA dont l'objectif principal est l'étude de la l'atmosphère et de la magnétosphère de la planète Mercure. D'une masse totale d'environ 275 kg dont 45 kg d'instrumentation, il se présente sous la forme d'un prisme octogonal haut de 0,9 mètres avec des faces opposées distantes de 1,8 mètres. Le satellite est spinné (en rotation) à 15 tours par minute autour de son axe qui est maintenu perpendiculaire au plan orbital de Mercure autour du Soleil. Ce choix d'orientation garantit que les extrémités du satellite (le bas et le haut du prisme) ne sont jamais pointées vers le Soleil et permet de pointer l'antenne grand gain vers la Terre en la rendant orientable avec un seul degré de liberté. MMO circule sur une orbite polaire fortement elliptique de 11 800 km sur 400 km qu'il parcourt en 9,3 heures. Les parois de l'octogone sont recouvertes de cellules solaires qui génèrent 350 Watts et de miroirs. Ces derniers permettent de maintenir la température dans une fourchette acceptable.

Les instruments scientifiques de MMO.

Instruments

Caractéristiques

MERMAG-M/MGF

Magnétomètre (Mercury Magnetometer / Magnetometer Fluxgate)

MPPE

Ensemble instrumental dédié à l'étude des particules de haute et basse énergie (Mercury Plasma Particle Experiment)

PWI

Analyse de la structure et de la dynamique de la magnétosphère (Plasma Waves Instrument)

MSASI

Spectromètre en lumière visible travaillant dans le domaine spectral de la raie D2 d'émission du sodium (Mercury's Sodium Atmosphere Interferometer)

MDM

Mesure de la poussière interplanétaire (Mercury Dust Monitor)

Le module pare-soleil et interface (MOSIF)

Le module pare-soleil et interface MOSIF (Magnetospheric Orbiter Sunshield and Interface Structure) protège le MMO du soleil et joue le rôle d'interface entre le MMO et le MPO.

Le module de transfert vers Mercure (MTM)

Le module de transfert vers Mercure (Mercury Transfer Module MTM) est un module de propulsion qui est chargé de la propulsion de l'ensemble constitué par le MMO, le MOSIF et le MPO jusqu'à Mercure.


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