Hayabusa (sonde spatiale) - Définition

Source: Wikipédia sous licence CC-BY-SA 3.0.
La liste des auteurs est disponible ici.
Vue d'artiste de la sonde Hayabusa, avec en bas le marqueur permettant à la sonde déterminer son altitude et un peu plus à gauche, le mini-robot Minerva
Vue d'artiste de la sonde Hayabusa, avec en bas le marqueur permettant à la sonde déterminer son altitude et un peu plus à gauche, le mini-robot Minerva

Hayabusa (ou MUSES-C) est le nom d'une sonde spatiale (Une sonde spatiale est un vaisseau spatial non habité envoyé par l'homme pour...) japonaise de l'Agence d'exploration (L'exploration est le fait de chercher avec l'intention de découvrir quelque chose d'inconnu.) aérospatiale (L'aérospatiale (nom commun féminin singulier) est une discipline scientifique qui...) japonaise (JAXA), ayant pour objectif l'étude de l'astéroïde (Un astéroïde est un objet céleste dont les dimensions varient de quelques dizaines...) Itokawa. Lancée en 2003, elle a atteint Itokawa en 2005, autour (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne...) duquel elle évolue.

La particularité de cette mission est qu'elle retournera sur Terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance...) en 2007, avec quelques grammes d'échantillons de l'astéroïde.

Objectifs

Dotée de deux moteurs ioniques, Hayabusa doit valider l'utilisation de ce moteur (Un moteur est un dispositif transformant une énergie non-mécanique (éolienne, chimique,...) sur de longues distances. Ce type de moteur (Un moteur (du latin mōtor : « celui qui remue ») est un dispositif...) étant très efficace, il sera probablement utilisé pour les missions futures d'exploration de l'espace.

Hayabusa dispose également d'un système de navigation (La navigation est la science et l'ensemble des techniques qui permettent de :) utilisant à la fois des mesures radio et optiques pour calculer sa trajectoire (La trajectoire est la ligne décrite par n'importe quel point d'un objet en mouvement, et...) et d'approcher l'astéroïde, sans devoir être guidée par un être humain. L'utilisation de ce nouveau système est donc aussi testée par la sonde (Une sonde spatiale est un vaisseau non habité envoyé par l'Homme pour explorer de plus près des...).

L'étude de l'astéroïde se fera à distance (à l'aide de nombreux appareils scientifiques embarqués), mais également à travers le prélèvement d'échantillons.

La sonde retournera vers la Terre à l'aide de son moteur ionique (Un moteur à ions est un moteur qui produit sa force de propulsion en projetant des ions à...), où elle larguera dans l'atmosphère terrestre (L'atmosphère terrestre est l'enveloppe gazeuse entourant la Terre solide. L'air sec se compose...) une capsule contenant des échantillons de la surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a...) de l'astéroïde. Ceci constitue également une expérience importante pour l'ingénierie (L'ingénierie désigne l'ensemble des fonctions allant de la conception et des études à la...) spatiale.

L'objectif technologique principal de cette mission est donc de tester les technologies de pointe requises pour le prélèvement et le retour sur Terre d'échantillons extraterrestres.

La sonde

La sonde Hayabusa a la forme d'une boîte de 1,5 mètre (Le mètre (symbole m, du grec metron, mesure) est l'unité de base de longueur du...) de largeur (La largeur d’un objet représente sa dimension perpendiculaire à sa longueur, soit...) comme de longueur (La longueur d’un objet est la distance entre ses deux extrémités les plus...) et de 1,05 mètre de haut.

Deux panneaux solaires en arséniure de gallium (L'arséniure de gallium (GaAs) est un composé chimique d’arsenic et de gallium.), d'une aire totale de 12 mètres carrés se déploient de chaque côté de la sonde. Une antenne (En radioélectricité, une antenne est un dispositif permettant de rayonner (émetteur) ou de...) parabolique de haut gain, de 1,5 mètre de diamètre (Dans un cercle ou une sphère, le diamètre est un segment de droite passant par le centre...), est fixée sur le dessus, assurant les communications avec la Terre, assisté de deux autre antennes de bas gain fixé sur un autre côté. Sur le côté opposé ( En mathématique, l'opposé d’un nombre est le nombre tel que, lorsqu’il est à...) à celui où se trouve l'antenne à haut gain, un cornet de 40 centimètres de diamètre à son extrémité permettra de récupérer les échantillons de l'astéroïde.

Son poids (Le poids est la force de pesanteur, d'origine gravitationnelle et inertielle, exercée par la...) lors du lancement était de 530 kg, dont 50 kg de carburant (Un carburant est un combustible qui alimente un moteur thermique. Celui-ci transforme...) et 65 kg de gaz (Un gaz est un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et...) xénon (Le xénon est un élément chimique, de symbole Xe et de numéro atomique 54. Le...) pour le moteur ionique.

Propulsion (La propulsion est le principe qui permet à un corps de se mouvoir dans son espace environnant....)

Hayabusa est propulsée pendant les phases de mouvements par deux moteurs ioniques. Ce type de moteur fonctionne schématiquement de la manière suivante : dans le moteur ionique, le xénon est ionisé par micro-ondes, puis les ions sont accélérés dans un champ électrique (En physique, on désigne par champ électrique un champ créé par des particules...) intense. Enfin, les ions sont éjectés par la tuyère (Une tuyère ou tuyère propulsive, dans le domaine de l'astronautique, est un conduit (appelé...) fournissant une poussée (En aérodynamique, la poussée est la force exercée par le déplacement de l'air...) maximale de 20 mN. Bien que la poussé soit faible, c'est le fait qu'elle puisse être maintenue dans la durée et ainsi permettre à la sonde d'atteindre des vitesses importantes qui rend ce type de propulsion intéressant pour les voyages spatiaux.

La sonde est dotée d'un autre système de propulsion, fonctionnant au tétroxyde d'azote/hydrazine, qui fournit la poussée supplémentaire de 22 N nécessaire pour les manœuvres.

Prélèvement d'échantillons

L'astéroïde Itokawa est si petit et sa gravité (La gravitation est une des quatre interactions fondamentales de la physique.) est si faible que la sonde ne va pas vraiment atterrir, elle va plutôt " accoster ".

Nous ne savons pas de quoi est constitué l'astéroïde et nous ignorons également si sa surface est faite de roche (La roche, du latin populaire rocca, désigne tout matériau constitutif de l'écorce...) dure ou de sable (Le sable, ou arène, est une roche sédimentaire meuble, constituée de petites...) fin. Toute pression (La pression est une notion physique fondamentale. On peut la voir comme une force rapportée...) ou force (Le mot force peut désigner un pouvoir mécanique sur les choses, et aussi, métaphoriquement, un...) qu'on appliquerait à l'astéroïde, afin d'en creuser la surface, propulserait la sonde dans l'espace. Une autre méthode a donc été développée (En géométrie, la développée d'une courbe plane est le lieu de ses centres de...) afin d'en prélever des échantillons : détruire un bout de la surface à l'aide d'un petit projectile et en récolter les fragments.

La procédure est la suite : une fois que la sonde sera suffisamment proche de la surface, elle arrêtera son moteur afin de ne pas la contaminer. Le reste de la descente se fera en " chute " libre (la gravité étant faible, de l'ordre de 1/100 000 de celle régnant sur Terre). Comme mentionné plus haut, la sonde est dotée d'un cornet de 40 centimètres de diamètre à son extrémité. Dès que ce cornet frôlera le sol, un projectile de quelques grammes sera tiré à une vitesse (On distingue :) de 300 m/s. L'impact de ce projectile avec la surface provoquera l'émission de fragments et de poussières qui seront récupérés et transférés dans une capsule via le cornet. Les scientifiques espèrent récupérer approximativement 1 gramme (Le gramme est une unité de masse du Système international (l'unité de base est le kilogramme) et...) de poussières, provenant de 3 endroits différents. Le temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le...) de contact sur l'astéroïde est estimé à 1 seconde ( Seconde est le féminin de l'adjectif second, qui vient immédiatement après le premier ou qui...) par prélèvement.

Notons que cette méthode de prélèvement d'échantillons est à l'origine du surnom donné à la sonde. En effet, un faucon (Le terme faucon est un nom vernaculaire ambigu qui ne correspond pas à un taxon biologique...) (Hayabusa) plonge sur sa proie (Une proie est un organisme capturé vivant, tué puis consommé par un autre,...), l'attrape dans ses serres et reprend son envol sans atterrir.

Instruments scientifiques

Plusieurs instruments scientifiques équipent la sonde, certains sont utilisés pour la navigation.

Équipement Description
Optical Navigation Camera (ONC) et Light Detection And Ranging (LIDAR) Ce système est utilisé pour faire de l'imagerie (L’imagerie consiste d'abord en la fabrication et le commerce des images physiques qui...), pour des mesures de polarimétrie et enfin, pour la navigation, lors du processus d'approche de l'astéroïde. Il permet, en effet, de calculer une position relative à un astéroïde (ou à un corps céleste en général) en utilisant la détection et la télémétrie par la lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil...) (avec LIDAR).
X-Ray Fluorescence Spectrometer Ce spectromètre (Un spectromètre est un appareil de mesure permettant de décomposer une quantité...) a été conçu pour étudier les rayons X émis par l'astéroïde. Il permettra d'en identifier les constituants chimiques principaux.
Near-IR Spectrometer Cet appareil fonctionne dans le proche infrarouge (Le rayonnement infrarouge (IR) est un rayonnement électromagnétique d'une longueur d'onde...) (longueurs d'onde (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation...) de 800 à 2 500 nm). Il peut détecter les différents matériaux (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en...) qui composent la surface de l'astéroïde.
Star Tracker (STT) Cet instrument permet de déterminer avec précision la position de la sonde dans l'espace, en observant et en identifiant (En informatique, on appelle identifiants (également appelé parfois en anglais login) les...) la position des étoiles. Il est composé de deux parties : un appareil photo numérique (Une information numérique (en anglais « digital ») est une information...) et un ordinateur (Un ordinateur est une machine dotée d'une unité de traitement lui permettant...).
Fan Beam Sensor (FBS) Ce capteur (Un capteur est un dispositif qui transforme l'état d'une grandeur physique observée en une...) de faisceau électromagnétique sert à détecter d'éventuels obstacles sur le site d'atterrissage (L’atterrissage désigne, au sens étymologique, le fait de rejoindre la terre ferme....) de la sonde.
Laser Range Finder (LRF) Lorsque que le cornet de prélèvement touchera la surface de l'astéroïde, sa longueur en sera légèrement modifiée. Le capteur (Un capteur est un dispositif transformant l'état d'une grandeur physique observée en une...) LRF détectera cette variation et déclenchera l'envoi du projectile à travers le cornet.

Minerva

Un rover fourni (Les Foúrnoi Korséon (Grec: Φούρνοι...) par la NASA (La National Aeronautics and Space Administration (« Administration nationale de...) devait initialement être déposé sur l'astéroïde afin d'en étudier la surface. Ce projet (Un projet est un engagement irréversible de résultat incertain, non reproductible a...) a cependant été annulé suite à des restrictions budgétaires. Un autre micro-robot appelé Minerva (acronyme de MIcro/Nano Experimental Robot Vehicle for Asteroid) et développé par la JAXA (L'agence d'exploration aérospatiale japonaise (en japonais ?????????? — uch? k?k? kenky?...), devait être lâché sur l'astéroïde afin d'en étudier la surface.

Il se présente sous la forme d'un hexadécagone (un polygone (En géométrie euclidienne, un polygone (du grec polus, nombreux, et gônia, angle) est...) à 16 côtés) de 120 millimètres de diamètre pour 100 mm de haut et une masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un...) de seulement 591 grammes. Son alimentation électrique (Le terme d'alimentation électrique désigne un ensemble de systèmes capables de fournir de...) est assurée par plusieurs petits panneaux solaires.

Toutes les opérations effectuées sur Itokawa doivent tenir compte de la gravité extrêmement faible régnant autour de celui-ci. Comme se mouvoir sur des roues (La roue est un organe ou pièce mécanique de forme circulaire tournant autour d'un axe passant par...), à la surface d'un corps, nécessite un minimum de gravité, un autre mode de déplacement ( En géométrie, un déplacement est une similitude qui conserve les distances et les angles...) a dû être développé. Le robot était conçu pour se déplacer en bondissant, avec une vitesse maximale de 9 cm/s. Minerva devait calculer chaque bond avec précision pour éviter, soit de "flotter" au dessus du sol d'Itokawa, soit de se mettre en orbite (En mécanique céleste, une orbite est la trajectoire que dessine dans l'espace un corps...) autour de celui-ci.

Minerva est équipé de 3 caméras CCD, dont deux sont utilisées ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection...) pour générer une représentation en 3D de la surface d'Itokawa, elles sont capables de voir de 10 à 50 cm devant elles. La troisième caméra (Le terme caméra est issu du latin : chambre, pour chambre photographique. Il désigne un appareil...) observe des régions plus éloignées.

En plus des images, des relevés de température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et...) devaient être effectués avec les six capteurs thermiques.

La sonde Hayabusa devait servir de relais pour la transmission des données vers la Terre.

Le largage de ce dernier en novembre 2005 a cependant échoué, celui ci n'ayant pu atteindre la surface de l'astéroïde.

Coût de la mission

Le coût de la sonde Hayabusa est d'approximativement 12 milliards de yens.

Déroulement de la mission

La sonde Hayabusa a été lancée le 9 mai 2003 par une fusée (Fusée peut faire référence à :) M-V à partir du Centre spatial (Un Centre spatial est un lieu dédié à l'activité astronautique. Il peut...) Kagoshima près d'Uchinoura au Japon.

Le 19 mai 2004, la sonde est passée près de la Terre pour utiliser sont assistance gravitationnelle (L'assistance gravitationnelle ou appui gravitationnel, dans le domaine de la mécanique...) et se placer sur une nouvelle orbite elliptique la menant vers Itokawa. Lors de son passage à proximité de notre planète (Une planète est un corps céleste orbitant autour du Soleil ou d'une autre étoile de...), Hayabusa a testé son système de navigation optique (L'optique est la branche de la physique qui traite de la lumière, du rayonnement...) (ONC et LIDAR) qui lui permet de calculer sa position relative par rapport à un corps céleste.

Le 31 juillet 2005, un de ses trois gyroscopes, tombe en panne, mais la mission continue sans problème, car la sonde peut fonctionner avec seulement deux gyroscopes.

L'approche et l'étude

La sonde a atteint son objectif le 12 septembre 2005. Une fois sur place, Hayabusa ne se mettra pas en orbite autour de l'astéroïde mais parcourra une orbite héliocentrique (Une orbite héliocentrique est une orbite dans laquelle le Soleil est le corps le plus massif....) proche de celui-ci. Dans un premier temps, Hayabusa restera à plus de 10 kilomètres de l'astéroïde et effectuera de nombreuses observations (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les...) scientifiques (dont des mesures du champ (Un champ correspond à une notion d'espace défini:) gravitationnel, de la topographie (La topographie est l'art de la mesure puis de la représentation sur un plan ou une carte des...), etc.). Ces informations, intéressantes en elles-mêmes, vont également servir à repérer les sites adéquats pour le prélèvement d'échantillons.

Le 2 octobre, la sonde perd un deuxième volant d'inertie (L'inertie d'un corps découle de la nécessité d'exercer une force sur celui-ci pour modifier sa...), l'obligeant à utiliser ses propulseurs chimiques pour stabiliser ses mouvement. Cette défaillance oblige à réduire le nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre...) de prélèvements de 3 à 2, par manque de carburants pour les propulseurs chimiques. Cependant, la phase (Le mot phase peut avoir plusieurs significations, il employé dans plusieurs domaines et...) de cartographie (La cartographie désigne la réalisation et l'étude des cartes géographiques. Le...) ne devrait pas être touchée par cette défaillance, vu qu'elle est presque terminée.

En raison de la distance, il est impossible pour les responsables sur Terre de piloter l'approche. Même si la station de contrôle (Le mot contrôle peut avoir plusieurs sens. Il peut être employé comme synonyme d'examen, de...) sur Terre ne peut manœuvrer la sonde, elle peut lui ordonner de suspendre la descente en cas de danger. Et c'est ce qui c'est produit le 4 novembre, où la JAXA a annulée la manœuvre de descente, suite à la détection d'une erreur dans le système de navigation optique de la sonde alors qu'elle était à environ 1 kilomètre (Le mètre (symbole m, du grec metron, mesure) est l'unité de base de longueur du Système...). L'agence japonaise a préférée annuler la descente et la reprendre plus tard, par mesure de sécurité et éviter de mettre en péril Hayabusa. L'équipe en charge (La charge utile (payload en anglais ; la charge payante) représente ce qui est effectivement...) d'Hayabusa a relativisé la gravité de la défaillance, qui pourrait se révéler minime et être dû à la complexité (La complexité est une notion utilisée en philosophie, épistémologie (par...) des formes sur le sol d'Itokawa.

Échec de l'envoi de Minerva

Le 12 novembre, Hayabusa recommence une répétition générale de sa descente. Cette fois-ci, tous les paramètres sont correctes et le largage du micro-robot Minerva a lieu. Malheureusement, ce dernier ne touchera jamais le sol de l'astéroïde, pour y effectuer ses bonds. Bien que les communications avec l'engin aient été établis, ce dernier a finalement dérivé, sans avoir pu effectuer de relevés. Les responsables de la sonde pensent que l'ordre de largage a été donné lorsque la sonde ne se dirigeait plus vers l'astéroïde. Bien que Minerva soit perdu, la répétition de la descente c'est déroulée correctement et les tentatives de prélèvement d'échantillons est toujours prévus pour le 19 et 25 novembre.

Atterrissage non-contrôlé d'Hayabusa

Le 19 novembre, la première tentative de prélèvement d'échantillons a lieu. A environ 40 mètres au dessus de l'astéroïde, un repère (Target Marker) de 10 cm est envoyé sur Itokawa. En réfléchissant un rayon lumineux envoyé par Hayabusa, le repère lui permet de calculer plus précisément la distance la séparant du " sol " et doit faciliter la procédure de prélèvement.

A environ 17 mètres d'altitude (L'altitude est l'élévation verticale d'un lieu ou d'un objet par rapport à un niveau...), le signal ( Termes généraux Un signal est un message simplifié et généralement codé. Il existe...) est interrompu car l'antenne à haut gain n'était plus alignée vers la Terre à cause d'un changement d'inclinaison (En mécanique céleste, l'inclinaison est un élément orbital d'un corps en orbite...) d'Hayabusa, pour éviter un obstacle qu'un capteur aurait détecté. De plus, le basculement (Le basculement, dans le domaine de l'astronautique, est l'inclinaison progressive d'un véhicule...) des stations Goldstone (en Californie) et Usuda (au Japon) du Deep Space Network (Le réseau Deep Space (réseau de communications avec l'espace lointain) est un réseau...) de la NASA s'est produit au même moment, résultat, aucune donnée (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent...) n'a pu être reçue. Cela n'a pas empêché la sonde de continuer à descendre lentement, pour finalement toucher (Le toucher, aussi appelé tact ou taction, est l'un des cinq sens de l'homme ou de l'animal,...) Itokawa à 21h10 TU, rebondir très lentement deux fois et se stabiliser à 21h30 TU.

La sonde n'a pu effectuer son prélèvement, il semblerait qu'elle était posée de "guingois", sur la tranche des panneaux solaires. Après environ 30 minutes ( Forme première d'un document : Droit : une minute est l'original d'un acte. ...) sur le sol d'Itokawa, Hayabusa reçoit un ordre d'interruption de la descente que le centre de contrôle (Un centre de contrôle, dans le domaine de l'astronautique, est une salle d'où sont...) de la JAXA avait envoyé lors de la perte de communication (La communication concerne aussi bien l'homme (communication intra-psychique, interpersonnelle,...). La sonde redécolle alors, pour se placer à environ 100 kilomètres d'Itokawa.

Seconde tentative de prélèvement

Le repère étant en place, une nouvelle tentative de prélèvement est effectuée comme prévu le 25 novembre. A 20h10 TU, la sonde interrompt ses communications pour effectuer une modification de son orientation (Au sens littéral, l'orientation désigne ou matérialise la direction de l'Orient (lever du soleil...) pour préparer son contact avec le sol. A 20h16 TU, la communication reprend et à 20h20 TU la sonde indique qu'elle est en train (Un train est un véhicule guidé circulant sur des rails. Un train est composé de...) de remonter.

L'analyse de la télémétrie indique que la sonde a bien effectué un prélèvement et que deux impacteurs ont été tirés. La sonde a l'air (L'air est le mélange de gaz constituant l'atmosphère de la Terre. Il est inodore et...) en bon état, mis à part certains de ses propulseurs, qui ne semblent pas fonctionner correctement. L'équipe d'Hayabusa effectue des tests pour définir le véritable problème. Qui pourrait avoir pour origine un choc (Dès que deux entitées interagissent de manière violente, on dit qu'il y a choc, que ce soit de...) lors de l'atterrissage non contrôlé du 19 novembre, jour (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la...) de la première tentative de prélèvement.

Début décembre, la Jaxa se rétracte : il semblerait finalement qu'aucun impacteur n'ait été tiré sur le sol de l'astéroïde. Par conséquent, il est probable que le cornet de prélèvement n'ait rien collecté.

Le retour sur Terre

Après avoir passé (Le passé est d'abord un concept lié au temps : il est constitué de l'ensemble...) plusieurs mois (Le mois (Du lat. mensis «mois», et anciennement au plur. «menstrues») est une période de temps...) à étudier Itokawa, la sonde devait redémarrer ses moteurs dans la première moitié du mois de décembre, afin de revenir vers la Terre, qu'elle aurait ainsi atteint durant l'été 2007. Malheureusement, la fenêtre (En architecture et construction, une fenêtre est une baie, une ouverture dans un mur ou un pan...) de départ a été manqué à cause de l'instabilité de la sonde due à une fuite de carburant survenue le 26 décembre. La Jaxa espère maintenant ramener Hayabusa en 2010. La capsule contenant ou non des échantillons de la surface d'Itokawa se séparera alors de la sonde à une distance de plus de 200 000 kilomètres de la Terre et rentrera dans l'atmosphère (Le mot atmosphère peut avoir plusieurs significations :) terrestre, encaissant une chaleur (Dans le langage courant, les mots chaleur et température ont souvent un sens équivalent :...) extrême (3 000 °C) et des décélérations brutales. Un parachute (Le parachute est un dispositif destiné à freiner le mouvement, principalement vertical...) freinera la chute de la capsule pour arriver en Australie (L’Australie (officiellement Commonwealth d’Australie) est un pays de...) où sa précieuse cargaison (La cargaison (de l'occitan gascon cargar: charger) est l'ensemble des marchandises...) sera étudiée sous toutes les coutures.

Page générée en 0.158 seconde(s) - site hébergé chez Contabo
Ce site fait l'objet d'une déclaration à la CNIL sous le numéro de dossier 1037632
A propos - Informations légales | Partenaire: HD-Numérique
Version anglaise | Version allemande | Version espagnole | Version portugaise