Mise à jour le 7 Octobre 2014     adjonction lien de la vidéo

                                                                                                                                                    

   

CONFÉRENCE VEGA de Jean Pierre MARTIN

Secrétaire de VEGA, Président de la commission de cosmologie de la SAF

Organisée par l'Association d'Astronomie VEGA et la Mairie de Plaisir

Au théâtre R Manuel (Château de Plaisir)

«ROSETTA, MISSION VERS LES COMÈTES ET LES ASTÉROÏDES»

Le Samedi 4 Octobre 2014 à 20H30

 

Photos : JPM ou autre pour l'ambiance. (Les photos avec plus de résolution peuvent m'être demandées directement)

Les photos des slides sont de la présentation de l'auteur. Voir les crédits des autres photos si nécessaire

La présentation (avec toutes les vidéos) est disponible sur ma liaison ftp  choisir planetastronomy, rentrer les login et PW  puis CONFÉRENCES VEGA  ensuite SAISON 2014/2015  ; elle s’appelle : ROSETTA-JPM-2014.zip

La présentation et les vidéos sont dans le même dossier zippé, donc après dézippage, on devrait avoir une dizaine de dossiers liés à la présentation Power Point (ppt). Dans ce ppt certaines diapos ont été masquées pour la clarté de l’exposé.

Ceux qui n'ont pas les mots de passe doivent me contacter avant.

 

Cette conférence a été filmée en vidéo (grâce à UNICNAM et IDF TV) et est accessible sur Internet

On la trouve à cette adresse :     https://www.youtube.com/playlist?list=PLM_NLeMfZ9TplZS_wIqO1efgrhkJop5-6
https://www.youtube.com/playlist?list=PLM_NLeMfZ9TplZS_wIqO1efgrhkJop5-6
 !

 

 

BREF COMPTE RENDU

 

Le compte rendu sera succinct, étant donné, que la présentation est disponible au téléchargement.

 

Une salle bien pleine encore une fois. (Photo Didier B)

 

 

À quelques jours du grand évènement que va être l’atterrissage de la sonde Philae sur le noyau de la comète Churyumov Gerasimenko il est bon de se remémorer les principales étapes de cette aventure spatiale qu’est la sonde cométaire européenne Rosetta.

 

 

 

Voici le plan de la présentation :

      La mission Rosetta

      L’orbiteur et ses instruments

      Le lander et ses instruments

      La cible

      Le lancement

      Les assistances gravitationnelles

      Les survols des astéroïdes

      Le grand sommeil

      La « mise en orbite »

      L’atterrissage

      Qu’est ce qu’une comète? (je n’en parlerai pas dans ce CR voir les confs précédentes)

 

(photo Didier B)

 

 

Je ne vais commenter ici que les quelques chapitres importants, se reporter à la présentation ppt pour plus de détails.

 

Le but de la mission Rosetta.

Mission très ambitieuse de l’ESA : Atteindre une comète et se poser dessus puis l’étudier.

Pour se poser dessus il ne faut pas que cette comète soit trop « active » donc elle doit être loin du Soleil. La sonde emporte un atterrisseur, Philae qui doit se poser sur la comète.

La trajectoire est étudiée en conséquence: l’assistance gravitationnelle est obligatoire

Après l’échec de la nouvelle Ariane 10t en 2002, le programme prend du retard. La comète cible originelle, 46P/ Wirtanen ne pourra pas être atteinte en 2011, il faut trouver une cible de remplacement.

Ce sera la comète 67P/ Churyumov- Gerasimenko en 2014. Lancement en Mars 2004.

 

 

Le voyage.

 

 

Rosetta poursuit sa route en solitaire à destination de la comète, avec un premier survol de la Terre, puis de Mars, et enfin deux nouveaux passages autour de la Terre. (Assistance gravitationnelle).

Ces détours sont indispensables car même Ariane-5, l’une des fusées les plus puissantes du marché, n’est pas en mesure d’envoyer la sonde directement jusqu’à la comète visée.

A chacune de ces manœuvres, la sonde prendra un nouvel élan grâce à l’effet de fronde ainsi obtenu.

 

 

 

 

Sur l’assistance gravitationnelle :

 

C’est donc un long et compliqué voyage ; les lanceurs sont limités en charge utile, c’est à dire en carburant pouvant être stocké à bord de la sonde ; il faut donc trouver une astuce pour en emporter le moins possible.

La solution s’appelle l’assistance gravitationnelle ; c’est à dire passer relativement près d’une planète pour lui « voler » un peu de son énergie cinétique (effet de fronde) et recevoir ainsi un coup de pied puissant pour l’accélérer (dans la bonne direction).

 

L’ESA est passée maître dans cette discipline, mais la première assistance gravitationnelle a été effectuée il y bien longtemps avec Mariner 10 vers Vénus et Mercure par la NASA

 

assist-gravit-jpm

 

 

      La sonde est attirée par le puits de potentiel due à la gravité de la planète et gagne ainsi de l’énergie cinétique (de la vitesse).

      Bien entendu on choisit une trajectoire qui ne va pas collisionner la planète.

      Mais la vitesse est un vecteur, c’est à dire qu’il a une valeur et une direction et qu’il possède une composante en x et en y, l’axe x étant l’axe de déplacement de la planète.

      La sonde gagne beaucoup d’énergie de la planète, qui elle en perd (un tout petit) peu

      On a gagné en vitesse et on changé de direction !

 

 

 

 

      Il y a pour le système planète-sonde, conservation du moment cinétique (voir cours classe de seconde), la sonde gagne beaucoup d’énergie de la planète, qui elle en perd (un tout petit) peu.

      La déflection de la direction originale dépend de la proximité à la surface de la planète, plus on est près et plus on sera dévié fortement, on peut même imaginer théoriquement, le « rase mottes » qui renverrait la sonde à 180° exactement dans la direction d’où elle vient !

      C’est le scientifique Italien Guiseppe « Beppi » Colombo qui le premier eut l’idée de telles manœuvres spatiales, en son honneur on a d’ailleurs baptisée la future sonde mercurienne de l’ESA, Bepi Colombo.

      Cette technique d’assistance gravitationnelle, est maintenant devenue la règle pour les voyages interplanétaires lointains, le plus bel exemple ayant été les sondes Voyager, lancées  en 1977 et notamment Voyager 2 avec son Grand Tour des planètes géantes.

 

 

Avec deux rendez vous intermédiaires : les astéroïdes Steins en Septembre 2008 et en Juillet 2010  Lutetia

 

On voit ici quelques astéroïdes et comètes photographiées par des sondes spatiales. Le plus gros : Lutetia.

 

 

 

Les nombreuses premières de la mission.

·         Mise en orbite autour d’une comète (active)

·         Atterrissage sur le noyau et étude

·         Trois dispositifs d’ancrage sur le noyau (faible gravité : évitement des rebonds)

·         Équipé de panneaux solaires spéciaux énormes (32m total pour 32m2) à cause de l’énorme distance (5UA) Ces panneaux sont d'une toute nouvelle technologie : Low Intensity Low Temperature : LILT. C'est la première sonde à utiliser des panneaux solaires au delà de l'orbite de Mars

·         En plus : Visite de 2 astéroïdes: Steins (petit le 5 sept 2008) et Lutetia (beaucoup plus grand avec ses 100 km de diamètre. Rosetta passera à 3000 km le 10 juillet 2010). Ce sera une première visite d’un astéroïde aussi gros.

·         Mise en sommeil prolongée de la sonde dans sa partie la plus éloignée de nous

 

 

 

 

Les instruments à bord de Rosetta et Philae.

EADS Astrium GmbH (Maintenant Airbus) est le maître d’œuvre industriel de Rosetta pour le compte de l’ESA, conduisant une équipe internationale de plus de 50 fournisseurs issus de 15 pays.

L’Agence spatiale allemande (DLR) assure la supervision du projet global de l’atterrisseur Philae.

L’orbiteur et l’atterrisseur sont équipés de nombreux instruments notamment :

 

L’orbiteur :

·         ALICE : Spectro imageur UV (NASA)

·         CONSERT : étude de l’intérieur de la comète par radar (LPG Grenoble)

·         COSIMA : composition des grains de poussières de la comète.

·         GIADA : vitesse et direction des grains de poussières émis.

·         MIDAS : forme et volume des particules émises par la comète.

·         MIRO : température du noyau mesures isotopiques (NASA/LESIA)

·         OSIRIS (WAC et NAC) : Optical, Spectroscopic, and Infrared Remote Imaging System , la caméra grand angle et télé de la mission (MPI)

·         ROSINA : composition de l’atmosphère de la comète (Université de Berne)

·         RPC : analyse du plasma et son interaction avec le vent solaire.

·         VIRTIS : spectro IR et visible (LESIA)

 

L’atterrisseur :

·         CIVA : 6 micro caméras + spectro (IAS Orsay)

·         CONSERT : sondeur radar pour étudier la structure interne.

·         COSAC & PTOLEMY : analyseurs des gaz contenus dans les échantillons du noyau (MPS)

·         MUPUS : analyseur mécanique de la surface (densité, résistance etc..) (DLR)

·         ROLIS : caméra HR du lander (DLR)

·         ROMAP : étude du champ magnétique de la comète.

·         SD2 : perce la surface de la comète (agence spatiale italienne).

·         SESAME : étude de la propagation des ondes sonores à travers la surface.

 

 

Les instruments de l’orbiteur

Les instruments de l’atterrisseur

 

 

 

 

Le grand sommeil.

 

Après cette rencontre avec Lutetia, et à partir de Juin 2011, la sonde Rosetta est mise en hibernation complète.

Rosetta doit être mise en hibernation car elle doit, avant son rendez vous avec la comète, aller plus profondément dans le système solaire, là où la puissance lumineuse ne serait pas suffisante pour charger ses batteries.

Les ingénieurs ont préféré la mettre complètement hors tension jusqu’au moment de la rencontre avec la comète 67P.

Donc à partir Mars 2011, les instruments sont coupés un à un, puis le 8 Juin 2011, même les télécommunications et les contrôles de trajectoire sont mis hors circuit et cela pendant 31 mois.

 

On va orienter les panneaux de façon à ce qu’ils fassent face au Soleil avant de tout couper et la sonde n’ayant plus de moyen de s’orienter va être animée d’une légère rotation pour la stabiliser, c’est en fait la bonne vieille méthode pour stabiliser la trajectoire d’un engin spatial.

Les seuls éléments qui restent sous tension sont les radiateurs internes et le calculateur de bord qui déclenche l’horloge qui devra réveiller la sonde de façon autonome (il n’y aura aucun signal envoyé depuis la Terre, d’ailleurs Rosetta est « sourde » maintenant) le 20 Janvier 2014 à 10H00 TU précisément.

 

C’est la première fois qu’une telle interruption se produit sur une sonde spatiale. (en fait presque, cela c’était produit avec la sonde Giotto après le survol épique de Halley, mais cette hibernation de 4 ans n’était pas prévue à l’origine ; et cela a marché !).

Pendant cette hibernation, Rosetta va atteindre des distances jamais atteintes pour une sonde équipée de panneaux solaires, notamment son point le plus éloigné, le 1er Décembre 2012 à 937 millions de km de la Terre (6,26 UA).

En se réveillant elle devrait être le 20 Janvier 2014 à 807 millions de km de la Terre (5,39UA) ou à 672 millions de km du Soleil (4,49 UA).

 

C’est le plus important moment dans la vie de Rosetta ; tout le gratin de l’astronautique européenne était réuni ce lundi 20 janvier 2014 au matin pour savoir si la belle Rosetta allait se réveiller.

 

19H18 le signal arrive (un peu en retard, angoisse !!!) ; Rosetta s’est bien réveillée, congratulations embrassades, bravo l’Europe !

Quelques semaines après, c’est au tour de Philae de se réveiller.

 

À partir de maintenant on commence à freiner.

 

Au mois de Mai 2014, des corrections de trajectoire sont nécessaires (sinon on rate la comète de 50.000km) afin de réduire la vitesse relative de la sonde (de 800m/s actuellement à 1m/s), ceci devrait l’amener à 100km de la comète début Août.

 

Rappelons le timing actuel : en Août on commence la « mise en orbite » autour de la comète qui devrait se terminer en Septembre.

En fait ce n’est pas ce que l’on peut appeler une vraie mise en orbite, étant donnée que la comète possède un pouvoir attractif très faible (gravité 1/100.000 celle de la Terre), on va tourner autour.

 

On rappelle que les orbites sont un peu différentes d’orbites autour de corps plus lourds, qui sont elles elliptiques (comme Mars Express autour de Mars), les orbites de Rosetta sont hyperboliques, dues à la très faible gravité du noyau.

Périodiquement il faut redonner un petit coup d’accélérateur pour se remettre en phase.

Il est aussi à remarquer que l’on accompagne en fait la comète dans son voyage dans une sorte de spirale permanente. On l’escorte!

 

 

L’approche

 

Énorme surprise : on découvre un noyau double!

 

Un montage impressionnant de l’arrivée de la sonde vers le noyau de la comète nous est proposé par l’ESA, du 1er Août (832km) au 6 Août (110km).   101 images de la Navcam en tout. (La Navcam est différente d’OSIRIS)

 

On découvre une forme bien tortueuse.

 

(Photo Didier B)

 

 

 

 

Qu’a-t-on appris de ce premier contact avec la comète?

·         La rotation du noyau semble stable (autour d’un axe de rotation défini) et non pas erratique, c’est un bon point pour l’atterrissage.

·         Le sol semble recouvert d’une sorte de régolithe, donc pas trop dur

·         L’instrument MIRO a calculé que le jour de la mise en orbite, la production de dégazage d’eau était de l’ordre de 30 cl par seconde (2 verres d’eau!)

·         La température au sol est corrélée à la rotation du noyau (logique)

 

 

Les sites d’atterrissage.

 

5 sites candidats ont été déterminés lors de la réunion du groupe de sélection de sites des 23 et 24 Août.

 

Ils sont marqués par des cercles blancs identifiés avec des lettres. 3 des sites (B, I et J) sont situés sur le plus petit des deux lobes du noyau, et les deux autres (A et C) sont sur le grand lobe.

 

5 sites candidats ont été déterminés lors de la réunion du groupe de sélection de sites des 23 et 24 Août.

Ils sont marqués par des cercles blancs identifiés avec des lettres. 3 des sites (B, I et J) sont situés sur le plus petit des deux lobes du noyau, et les deux autres (A et C) sont sur le grand lobe.

Crédits: ESA/Rosetta/MPS for OSIRIS Team MPS/UPD/LAM/IAA/SSO/INTA/UPM/DASP/IDA

 

 

 

Après une étude photographique du sol, on décide du point d’atterrissage et on pose le lander en principe le 12 Nov 2014.

 

L’ESA nous convoque ce Lundi 15 Septembre 2014, à une conférence de presse qui doit révéler la détermination du lieu d’atterrissage choisi pour Philae le 11 Novembre 2014.

 

 

http://www.planetastronomy.com/astronews/astrn-2014/12/clip_image004.jpg

Le site choisi est immédiatement révélé, ce sera J (on prononce « jay » en anglais) pour le site principal, le site secondaire (backup) est C

 

Il est situé sur la « tête » de la comète et doit fournir le maximum d’ensoleillement pour charger les batteries.

 

 

Zoom sur la zone d’atterrissage.

 

 

 

 

 

 

Le site sélectionné devrait permettre de satisfaire la plupart des exigences scientifiques comme :

·         Étude de la structure interne

·         Étude du champ magnétique du noyau (n’existe probablement pas)

·         Descente avec imagerie en direct

·         Panorama 360° et photos stéréo du sol

·         Étude de la pression gazeuse et du dégazage

·         Distribution des poussières

·         Étude des propriétés mécaniques, électriques et thermiques

·         Composition du sol

·         Forage sur 20cm de profondeur

·         Mesure de la composition isotopique et moléculaire

·         Y a-t-il une chimie organique ?

·         Étude du sol au microscope.

 

 

 

Atterrissage sur le noyau et étude avec le lander "Philae".

 

Se poser en douceur est un challenge : la gravité est tellement faible qu’il faut empêcher le rebond : ancres et moteur fusée (gaz) Le problème n’est pas d’atterrir mais de rester au sol!

 

      Durée de la descente : plusieurs heures dépendant de l’altitude de largage, caméra de descente active

      La mission scientifique nominale sur le sol s'effectue sur piles (1300 W/h plus puissantes que les batteries qui fournissent 140 W/h) : 55 heures garanties

      Pour la mission à long terme : 3 mois jusqu'à 2 UA avec les panneaux solaires (10W qui chargent les batteries).

      Grande variations de température entre la période chaude (-40°C) et froide (-200°C).

      10 instruments très performants dont : Analyse de la composition de la surface et minéralogique (four à pyrolyse et spectro)

 

Le système d'atterrissage doit tenir compte de la très faible gravité (approx 1/100.000 g ) et le problème n'est pas de se poser mais d'y rester.
À cet effet trois systèmes sont prévus :

·         Un propulseur à gaz dès que l'on s'approche du sol, on pousse!

·         Des harpons entrent en action (avec instrument  MUPUS)

·         Puis des vis situées sur les 3 pattes se fixent dans le sol.

 

Système d’atterrissage à 3 pattes.

Il permet un atterrissage même sur une pente de 30°.

Chaque patte possède une vis qui a pour but de s’enfoncer dans le sol.

 

 

 

 

La séquence d’atterrissage :

 

      Concernant le site principal « J », Rosetta larguera Philae le 12 Nov 2014 à 08h35 TU/09h35 heure de Paris, alors qu'elle se trouvera à 22,5 km du centre de la comète ; l'atterrissage aura lieu environ sept heures plus tard. L’atterrissage arrivera à environ 16h00 TU/17h00 heure de Paris.

      Si l'on décide d'utiliser le site de secours « C », la séparation aura lieu à 13h04 TU/14h04 heure de Paris, à 12,5 km du centre de la comète. arrivera autour de 17h30 TU/18h30 heure de Paris.

 

La SAF, le CNES et Universcience vont vous faire vivre en direct l’atterrissage de Philae sur la comète   Le 12 Novembre (à partir de approx 15 H30)

Nombreux scientifiques sur scène, direct avec  Darmstadt et Toulouse

Cité des Sciences   Entrée libre

 

 

 

 

 

 

 

POUR ALLER PLUS LOIN :

 

Voir le dossier complet sur Rosetta sur votre site préféré.

 

Le CR de la conférence SAF de F Rocard sur la mission.

 

Le site de Rosetta à l’ESA.

 

Le site de Rosetta à la DLR.

 

 

 

PROCHAINE CONFÉRENCE VEGA : samedi 22 Novembre 2014 20h30 au TRM  (Château de Plaisir 78370)

 

Michel SPIRO, ancien Président du Conseil du CERN, ancien Directeur de l’IN2P3 nous parle de :

 

LE LHC ET LE MONDE DES PARTICULES

 

Ce sera un grand moment, venez nombreux, ouverture des portes : 20H00

 

 

 

 

 

Bon ciel à tous

 

 

Jean Pierre Martin 

www.planetastronomy.com

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