Stardust (sonde)

Stardust (sonde)

Vue d'artiste de la sonde Stardust derrière la comète Wild 2.

Stardust (en français, « poussière d'étoile ») est une sonde spatiale qui a pour objectif principal de rencontrer la comète Wild 2 afin de l'étudier. Elle a été lancée le 7 février 1999 par la NASA et a effectué un voyage à travers le système solaire de près de quatre milliards de kilomètres, avant de larguer sa capsule de retour à proximité de la Terre le 15 janvier 2006. Il s'agit de la première mission spatiale à collecter et ramener sur Terre des échantillons de poussières interstellaires et cométaires.

En juillet 2007, il a été décidé d'assigner à la sonde une nouvelle mission qui a pour objectif le survol de la comète Tempel 1, qui avait été percuté volontairement par l'impacteur de la sonde Deep Impact. Avec ce survol, la NASA espère obtenir de plus amples informations sur le résultat de l'impact.

Sommaire

Objectifs

Les objectifs de la mission de la sonde Stardust sont multiples :

  • prise de photographies de l'astéroïde (5535) Annefrank ;
  • collecte de particules interstellaires durant son voyage ;
  • collecte de particules éjectées, étude et photographie de la comète Wild 2.

Présentation de la sonde

Représentation schématique de la trajectoire de la sonde Stardust

La sonde se présente sous la forme d'une boîte rectangulaire de 1,7 m de long, 66 cm de large et de profondeur. Stardust pèse une masse totale de 385 kg (254 kg pour la sonde, 46 kg pour le module de retour et enfin 85 kg pour le combustible).

Le module de retour SRC (Sample Return Capsule) est placé à l'avant et se présente sous la forme d'un cône de 50 cm de haut de 80 cm de diamètre. Il s'ouvre et déploie son collecteur de particules pour attraper des échantillons de poussières cométaires et interstellaires dans un bloc d'aérogel. À l'autre extrémité de la sonde se trouve le bouclier principal, qui protège les parties sensibles de la sonde de la poussière cométaire. Deux panneaux solaires, d'une surface de 6,6 m² sont disposés de chaque côté et fournissent la presque totalité de l'énergie électrique, entre 170 à 800 W selon la distance avec le Soleil.

L'ordinateur de bord utilise le système d'exploitation embarqué VxWorks, développé par la firme Wind River, s'exécutant sur un processeur IBM RAD6000 32-bits et avec une capacité de stockage pour les programmes et les données scientifiques de 128 Mo.

Le coût total de la mission, hors lancement, s'élève à 165,4 millions de dollars.

Histoire

La capsule de retour de Stardust contenant les échantillons de poussières cométaires et interstellaires, sur son site d'atterrissage dans l'Utah, le 15 janvier 2006.
La sonde Stardust sur son support de test avant lancement.

Stardust est lancée le 7 février 1999 depuis la base de Cap Canaveral en Floride, à bord d'une variante de la fusée Delta 2.

De mars à mai 2000 Stardust effectue sa première collecte de poussière interstellaire, la seconde a lieu de juillet à décembre 2002.

Le 2 novembre 2002, elle passe à moins de 3 300 kilomètres de l'astéroïde (5535) Annefrank, dont elle peut prendre de nombreuses photos.

Le 2 janvier 2004, la sonde se place dans la queue de la comète Wild 2 pour y effectuer les prélèvements de poussières.

La sonde largue le module de retour qui se pose à 10h10 UTC le 15 janvier 2006 dans le désert de l'Utah aux coordonnées 40°21.9′N 113°31.25′W / 40.365, -113.52083 et est récupéré par les hélicoptères de la NASA.

Stardust devient la deuxième sonde spatiale, après la sonde Genesis, à ramener des échantillons provenant d'un endroit plus éloigné que la Lune, et la première à ramener des particules d'une comète. C'est également l'objet de conception humaine ayant effectué la rentrée atmosphérique la plus rapide (45 360 kilomètres à l'heure à 125 km d'altitude)[1].

Depuis son lancement en février 1999, la sonde a parcouru environ 4,5 milliards de km à travers le Système solaire et tourné trois fois autour du Soleil.

Après diverses manœuvres, la sonde est placée en orbite autour du Soleil et en mode hibernation avec seulement ses panneaux solaires et son récepteur de communication actifs [2].

Stardust-NExT

En juillet 2007 la NASA décide d'assigner à la sonde une nouvelle mission, Stardust-NExT (pour New Exploration of Tempel 1), qui devrait permettre à la sonde de survoler la comète Tempel 1 à une distance d'environ 200 kilomètres le 14 février 2011, lui permettant ainsi d'effectuer une comparaison avec les données récupérées par la sonde Deep Impact. L'étude des conséquences de la collision avec l'impacteur de la sonde Deep Impact font également partie de cette mission [3].

Instruments scientifiques

Collecteur de particules

La capsule Stardust avec son collecteur de particules déployé.
Le collecteur de particules de Stardust en aérogel.
Impact d'une particule issue de la queue de la comète.
Arrivée du collecteur.

Le collecteur de particules (Aerogel sample collector) de Stardust a été monté sur le SRC (Sample Return Capsule), la capsule de retour de la mission larguée par le vaisseau à proximité de la Terre le 15 janvier 2006. Les différentes poussières sont collectées dans de l'aérogel, un matériau à très faible densité ressemblant à de la mousse. Le système a une allure de grande raquette de tennis d'environ 1 m² de surface, sur laquelle est fixé l'aérogel. Une face sert à la collecte des particules interstellaires, et l'autre à celle des particules cométaires.

Au moment de la rencontre de Stardust avec la queue de la comète Wild 2, la vitesse d'impact des particules cométaires était d'environ 6 100 mètres par seconde ; à titre de comparaison, cela correspond à plus de 6 fois la vitesse d'une balle de fusil. Bien que les poussières ne dépassaient pas la taille d'un grain de sable, la vitesse élevée lors de l'impact aurait pu altérer leur forme et leur composition chimique, voire les vaporiser complètement.

Ainsi, afin de collecter les particules sans les endommager, les propriétés physiques de l'aérogel ont été mises à contribution. L'aérogel possède une structure poreuse et est constitué à 99,8% d'air. Quand une particule à haute vélocité entre en contact avec l'aérogel, elle pénètre dedans en y creusant un trou en forme de cône de plus de 200 fois sa propre longueur, ce qui la ralentit considérablement sur quelques centimètres et jusqu'à l'arrêt. Les deux faces de la « raquette de collecte » étant utilisées, l'une pour la collecte de la poussière de la queue de la comète Wild 2, l'autre pour celle des poussières interstellaires, il reste possible de repérer le type de chacune des particules en fonction de l'orientation du cône qu'elles ont laissé derrière elles.

Si on estime à quelques milliers le nombre de particules issues de Wild 2 collectées, le nombre de particules interstellaires est lui nettement plus réduit, de l'ordre de la quarantaine. La recherche de ce type de particule dans la structure en aérogel nécessite la prise d'environ 1,5 million de photographies à travers un puissant microscope, chacune couvrant une section extrêmement réduite de la raquette de collecte. Le travail d'analyse des photographies étant démesuré pour une équipe de scientifique, la NASA a lancé un projet faisant appel à la communauté des internautes, nommé Stardust@home (en référence à Seti@home). Suite à des tests préliminaires, 30 000 candidats seront sélectionnés et devrons analyser grâce à un microscope virtuel les images qui leur seront envoyées, à la recherche des précieux grains de poussière. L'utilisation de la puissance de calcul des ordinateurs pour réaliser cette tâche n'est pas encore possible, car pour pouvoir déceler ce type de particules, les logiciels de reconnaissance de formes ont besoin d'exemples de traces que ces particules laissent dans l'aérogel.

Caméra de navigation

La caméra de navigation (Navigation camera ou NavCam) est un système optique ayant notamment servi au pilotage de la sonde lors de la phase de survol du noyau de Wild 2. Il a également permis la prise de photographies haute-résolution de la comète.

Le système optique NavCam possède une longueur focale de 200 mm, une ouverture de f/3,5 et travaille sur un spectre qui s'étend de 380 à 1 000 nanomètres. Sa résolution atteint 60 microradiant/pixel pour un champ de vision de 3,5 x 3,5 grad. Afin de protéger la caméra de son environnement extérieur (poussières, température...), elle a été placé dans le corps de la sonde. Elle reprend le système du périscope. Un premier miroir, placé derrière un bouclier le protégeant des particules, lui renvoie une image de la comète. Un second miroir, monté sur un mécanisme rotatif motorisé, balaie le ciel et donne à la caméra la possibilité de prendre des images panoramiques, indépendamment de l'orientation du vaisseau. Ce système de deux miroirs permet à la sonde de continuer sa mission dans le cas où l'un des miroirs serait endommagé. Il permet aussi à la sonde de se repérer et de prendre des photographies simultanément.

Ce sous-système a été utilisé pour contrôler visuellement la trajectoire de Stardust lors des phases d'approche et d'éloignement de Wild 2. Cela a permis au vaisseau d'atteindre une distance adaptée au survol de la comète, afin d'assurer une bonne collecte de la poussière cométaire. Parmi les données récoltées par la sonde figurent des photographies couleur haute résolution du noyau de Wild 2. Ces images ont été utilisées par les scientifiques pour modéliser une carte 3D du noyau dans le but de mieux comprendre ses origines, sa morphologie, ainsi que pour repérer les hétérogénéités minérales du noyau et fournir des informations sur la rotation du noyau. La caméra a aussi pris des photographies à travers différents filtres, permettant la collecte d'informations supplémentaires sur la dynamique des gaz et poussières de la queue de la comète.

Au début de la mission, des substances volatiles se sont déposées sur le système optique, altérant ses performances en « salissant » les photographies. Bien que ce problème n'ait pas eu d'impact sur le but principal de la mission, il aurait pu réduire le nombre et la qualité des images de Wild 2. Des radiateurs électriques, utilisés pour maintenir et réguler la température de la caméra, ont été allumés et ont éliminé la plupart des dépôts. Un problème similaire était apparu lors de la mission Cassini-Huygens, résolu de la même manière.

Analyseur de poussières cométaires et interstellaires

L'instrument CIDA

L'analyseur de poussières cométaires et interstellaires ou CIDA (Comet and Interstellar Dust Analyzer), est un spectromètre de masse à temps de vol menant des analyses de composition des poussières atteignant Stardust. Il est notamment capable de mesurer le temps que met un ion à parcourir une distance donnée, donc de déterminer sa vitesse.

L'instrument CIDA a été réalisé par une équipe allemande dirigée par Jochen Kissel, du Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics.

Notes et références

  1. C. Davis, M. Arcadi, « Planetary Missons Entry Guide ». Consulté le 18 aout 2009
  2. (en) Alicia Chang, « Stardust Put In Hibernation Mode », 31 janvier 2006, Associated Press. Consulté le 11 décembre 2007
  3. (fr) Aron Wolf, Joseph Veverka, Kenneth P. Klaasen, Thomas C. Duxbury et Allan R. Cheuvront, « Exploration spatiale : recyclage de "vieux" vaisseaux », 5 juillet 2007, Futura-Sciences. Mis en ligne le 5 juillet 2007, consulté le 11 décembre 2007

Voir aussi

Liens externes

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