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Stardust (sonde)
Vue d'artiste de la sonde Stardust derrière la comète Wild 2.
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 (La National Aeronautics and Space Administration (« Administration nationale de l'aéronautique et de l'espace ») plus connue sous son abréviation...) et a effectué un voyage (Un voyage est un déplacement effectué vers un point plus ou moins éloigné dans un but personnel (tourisme) ou professionnel (affaires). Le voyage s'est considérablement développé et démocratisé, au cours du...) à travers le système solaire (Le système solaire est un système planétaire composé d'une étoile, le Soleil et des corps célestes ou objets définis gravitant autour de lui (autrement dit, notre...) de près de quatre milliards de kilomètres (Le mètre (symbole m, du grec metron, mesure) est l'unité de base de longueur du Système international. Il est défini comme la distance parcourue par la lumière dans le vide en...), avant de larguer sa capsule de retour à proximité de la Terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance croissante au Soleil, et la quatrième par taille et par masse croissantes. C'est la plus grande et la...) 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.

Objectifs

Les objectifs de la mission de la sonde (Une sonde spatiale est un vaisseau non habité envoyé par l'Homme pour explorer de plus près des objets du système solaire et, pour certaines, l'espace qui est au-delà. Cela couvre à la fois les mesures in...) Stardust sont multiples :

  • prise de photographies de l'astéroïde (Un astéroïde est un objet céleste dont les dimensions varient de quelques dizaines de mètres à plusieurs kilomètres et qui, à la différence d’une comète, tourne autour du Soleil...) (5535) Annefrank ;
  • collecte de particules interstellaires durant son voyage ;
  • collecte de particules éjectées, étude et photographie de la comète (En astronomie, une comète est un petit astre brillant constitué de glace et de poussière du système solaire, dont l'orbite a généralement la forme d'une ellipse très...) Wild 2.

Présentation de la sonde

Représentation schématique de la trajectoire de la sonde Stardust
Représentation schématique de la trajectoire (La trajectoire est la ligne décrite par n'importe quel point d'un objet en mouvement, et notamment par son centre de gravité.) 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 (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un corps : l'une quantifie l'inertie du corps (la masse inerte) et l'autre la...) 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 (Dans un cercle ou une sphère, le diamètre est un segment de droite passant par le centre et limité par les points du cercle ou de la sphère.). 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 ("Le Bouclier" était une association créée par Bernard Valadon pour lutter contre la pédocriminalité sur internet. Le site web www.bouclier.org, aujourd'hui disparu, était au...) principal, qui protège les parties sensibles de la sonde de la poussière cométaire. Deux panneaux solaires, d'une surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois frontière physique, et est souvent abusivement confondu avec sa mesure,...) de 6.6 m² sont disposés de chaque côté et fournissent la presque totalité de l'énergie électrique (Un apport d'énergie électrique à un système électrotechnique est nécessaire pour qu'il effectue un travail : déplacer une charge, fournir de la lumière,...), entre 170 à 800 W selon la distance avec le Soleil (Le Soleil (Sol en latin, Helios ou Ήλιος en grec) est l'étoile centrale du système solaire. Dans la classification astronomique, c'est une...).

L'ordinateur (Un ordinateur est une machine dotée d'une unité de traitement lui permettant d'exécuter des programmes enregistrés. C'est un ensemble de circuits électroniques permettant de manipuler des...) de bord utilise le système d'exploitation embarqué VxWorks (VxWorks est un système d'exploitation multitâche temps réel, généralement utilisé dans les systèmes embarqués.), développé par la firme Wind River, sur un processeur (Le processeur, ou CPU (de l'anglais Central Processing Unit, « Unité centrale de traitement »), est le composant de l'ordinateur qui exécute les programmes informatiques. Avec la mémoire notamment, c'est...) RAD6000 32-bit. La capacité de stockage pour les programmes et les données scientifiques est de 128 Mo.

Le coût total ( Total est la qualité de ce qui est complet, sans exception. D'un point de vue comptable, un total est le résultat d'une addition, c'est-à-dire une somme. Exemple : "Le...) 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 capsule de retour de Stardust contenant les échantillons de poussières cométaires et interstellaires, sur son site d'atterrissage (L’atterrissage désigne, au sens étymologique, le fait de rejoindre la terre ferme. Le terme recouvre cependant des notions différentes suivant...) dans l'Utah, le 15 janvier 2006.
La sonde Stardust sur son support de test avant lancement.
La sonde Stardust sur son support de test avant lancement.

Stardust a été lancée le 7 février 1999, depuis la base de Cap Canaveral (Cap Canaveral est une base de lancement américaine située en Floride (28°27′ de latitude Nord et 80°32′ de longitude Ouest) créée en 1959. C'est une zone militaire. Le nom...) en Floride, à bord d'une variante de la fusée (Fusée peut faire référence à :) Delta 2. La sonde doit rencontrer la comète Wild 2 pour l'étudier et collecter des échantillons de poussière provenant de la queue de la comète. D'autres échantillons de poussières interstellaires seront également capturés au cours du voyage.

De mars à mai 2000, Stardust a effectué sa première collecte de poussière interstellaire. Et de juillet à décembre 2002, elle effectuera sa deuxième collecte.

Le 2 novembre 2002, Stardust est passée à moins de 3 300 kilomètres de l'astéroïde (5535) Annefrank, dont elle a pu prendre de nombreuses photos.

Le 2 janvier 2004, la sonde s'est placée dans la queue de la comète Wild 2 pour effectuer les prélèvements de poussières.

La sonde a largué le module de retour qui s'est posé à 10h10 GMT le 15 janvier 2006 dans le désert (Le mot désert désigne aujourd’hui une zone stérile ou peu propice à la vie, en raison du sol impropre, ou de la faiblesse des précipitations (moins de...) de l'Utah. Les coordonnées d'atterrissage étaient 40° 21.9' N et 113° 31.25' W. Elle a été récupérée par les hélicoptères de la NASA. Stardust est la deuxième sonde spatiale (Une sonde spatiale est un vaisseau spatial non habité envoyé par l'homme pour étudier à plus ou moins grande distance les corps célestes se trouvant dans le système solaire (planète, lune,...), après la sonde Genesis (La sonde Genesis était une sonde spatiale. Son objectif était de capturer des parcelles de vent solaire, de manière à mieux comprendre la formation et...), à ramener des échantillons provenant d'un endroit plus éloigné que la Lune (La Lune est l'unique satellite naturel de la Terre et le cinquième plus grand satellite du système solaire avec un diamètre de 3 474 km. La distance moyenne séparant la Terre de la Lune est de 384 400 km...), et la première à ramener des particules d'une comète.

C'est également l'objet (De manière générale, le mot objet (du latin objectum, 1361) désigne une entité définie dans un espace à trois dimensions, qui a une fonction précise, et qui peut être désigné par une étiquette verbale....) de conception humaine ayant effectué la rentrée atmosphérique la plus rapide (46 440 kilomètres à l'heure (L’heure est une unité de mesure du temps. Le mot désigne aussi la grandeur elle-même, l'instant (l'« heure qu'il est »), y compris en sciences...) à 125 km d'altitude).

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 (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne à 31 espèces d'oiseaux qui, soit appartiennent au genre Accipiter, soit constituent les 5 genres...) du Soleil.

Instruments scientifiques

Collecteur de particules

La capsule Stardust avec son collecteur de particules déployé.
La capsule Stardust avec son collecteur de particules déployé.
Le collecteur de particules de Stardust en aérogel.
Le collecteur de particules de Stardust en aérogel.
Impact d'une particule issue de la queue de la comète.
Impact d'une particule issue de la queue de la comète.
Arrivée du collecteur.
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 (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets.) à très faible densité (La densité ou densité relative d'un corps est le rapport de sa masse volumique à la masse volumique d'un corps pris comme référence. Le corps de référence...) 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 (On distingue :) 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 (En météorologie maritime: Un grain est un vent violent et de peu de durée qui s'élève soudainement et qui est généralement accompagné de précipitations. Il se produit généralement au passage d'une ligne...) de sable (Le sable, ou arène, est une roche sédimentaire meuble, constituée de petites particules provenant de la désagrégation d'autres roches dont la...), la vitesse élevée lors de l'impact aurait pu altérer leur forme et leur composition chimique, voire les vaporiser complètement (Le complètement ou complètement automatique, ou encore par anglicisme complétion ou autocomplétion, est une fonctionnalité informatique permettant à l'utilisateur...).

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 (L'air est le mélange de gaz constituant l'atmosphère de la Terre. Il est inodore et incolore. Du fait de la diminution de la pression de l'air avec l'altitude, il est...). Quand une particule à haute vélocité (VéloCité est un service de prêt gratuit mis en place par la ville d'Angers qui fournit aux personnes qui habitent ou travaillent à Angers des bicyclette aux couleurs de...) 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 (La longueur d’un objet est la distance entre ses deux extrémités les plus éloignées. Lorsque l’objet est filiforme ou en forme...), 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 (Au sens littéral, l'orientation désigne ou matérialise la direction de l'Orient (lever du soleil à l'équinoxe) et des points cardinaux (nord de la boussole) ;) du cône qu'elles ont laissé derrière elles.

Si on estime à quelques milliers le nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».) de particules issues de Wild 2 collectées, le nombre de particules interstellaires est lui nettement plus réduit, de l'ordre de la quarantaine (La quarantaine (venant de l'italien : quaranta giorni, qui signifie 40 jours, ou bien du français : quarantaine de jours) est le fait de mettre à l'écart des personnes...). La recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par extension...) de ce type de particule dans la structure en aérogel nécessite la prise d'environ 1,5 million (Un million (1 000 000) est l'entier naturel qui suit neuf cent quatre-vingt-dix-neuf mille neuf cent quatre-vingt-dix-neuf (999 999) et qui précède un...) 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 (Un scientifique est une personne qui se consacre à l'étude d'une science ou des sciences et qui se consacre à l'étude d'un domaine avec la rigueur et les méthodes scientifiques.), la NASA a lancé un projet (Un projet est un engagement irréversible de résultat incertain, non reproductible a priori à l’identique, nécessitant le concours et l’intégration...) 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 (Le mot puissance est employé dans plusieurs domaines avec une signification particulière :) 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 (Les besoins se situent au niveau de l'interaction entre l'individu et l'environnement. Il est souvent fait un classement des besoins humains en trois...) d'exemples de traces (TRACES (TRAde Control and Expert System) est un réseau vétérinaire sanitaire de certification et de notification basé sur internet sous...) que ces particules laissent dans l'aérogel.

Caméra (Le terme caméra est issu du latin : chambre, pour chambre photographique. Il désigne un appareil de prise de vues animées, pour le cinéma, la télévision ou la...) de navigation (La navigation est la science et l'ensemble des techniques qui permettent de :)

La caméra de navigation (Navigation camera ou NavCam) est un système optique (L'optique est la branche de la physique qui traite de la lumière, du rayonnement électromagnétique et de ses relations avec la vision.) ayant notamment servi au pilotage de la sonde lors de la phase (Le mot phase peut avoir plusieurs significations, il employé dans plusieurs domaines et principalement en physique :) 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 (Un champ correspond à une notion d'espace défini:) de vision de 3,5 x 3,5 grad. Afin de protéger la caméra de son environnement (L'environnement est tout ce qui nous entoure. C'est l'ensemble des éléments naturels et artificiels au sein duquel se déroule la vie humaine. Avec les enjeux écologiques actuels, le...) extérieur (poussières, température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et étudiée en thermométrie. Dans la vie...)...), elle a été placé dans le corps de la sonde. Elle reprend le système du périscope (Le périscope est un instrument d'optique pour l'observation d'un objet distant sans être vu depuis celui-ci.). Un premier miroir (Un miroir est un objet possédant une surface suffisamment polie pour qu'une image s'y forme par réflexion et conçu à cet effet. C'est souvent une couche...), 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 (Le ciel est l'atmosphère de la Terre telle qu'elle est vue depuis le sol de la planète.) 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 (La couleur est la perception subjective qu'a l'œil d'une ou plusieurs fréquences d'ondes lumineuses, avec une (ou des) amplitude(s)...) 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 (Le mot dynamique est souvent employé désigner ou qualifier ce qui est relatif au mouvement. Il peut être employé comme :) des gaz (Un gaz est un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et quasi-indépendants. Dans l’état gazeux, la matière...) 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 (La mission Cassini-Huygens est une mission spatiale automatique réalisée en collaboration par le Jet Propulsion Laboratory (JPL), l'Agence spatiale européenne (ESA) et l'Agence spatiale...), résolu de la même manière.

Analyseur de poussières cométaires et interstellaires

L'instrument CIDA
L'instrument CIDA

L'analyseur de poussières cométaires et interstellaires ou CIDA (Comet and Interstellar Dust Analyzer), est un spectromètre (Un spectromètre est un appareil de mesure permettant d'étudier de décomposer une quantité observée — un faisceau lumineux en spectroscopie, ou bien un mélange de molécules...) de masse à temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.) 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 (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent codée, d'une chose, d'une transaction d'affaire, d'un événement, etc.), 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.

Source: Wikipédia publiée sous licence CC-BY-SA 3.0.

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