Explorer 1

Explorer 1 (officiellement Satellite 1958 Alpha) est le premier satellite artificiel terrestre des États-Unis, lancé le 1 février 1958 à 3h48 UTC depuis la base de Cape Canaveral Air Force Station, en Floride. Ce satellite fait partie du programme américain pour l'année géophysique internationale et est une réponse au lancement de Spoutnik 1 par l'Union soviétique le 4 octobre 1957.

En 1954, l’United States Army et l’United States Navy proposent de placer un satellite scientifique sur orbite terrestre à l'occasion de l'année géophysique internationale. Ce projet, connu sous le nom de projet Orbiter, sera rejeté au profit du programme Vanguard.

À la suite du lancement par l'Union soviétique du satellite Spoutnik 1 le 4 octobre 1957, le projet Orbiter est rétabli comme programme Explorer par le secrétaire de la défense Neil McElroy pour rattraper l'URSS dans la conquête de l'espace.

Explorer 1 est conçu et fabriqué par le Jet Propulsion Laboratory (JPL), tandis que le missile Jupiter-C est adapté par l'Army Ballistic Missile Agency (ABMA) pour pouvoir emmener une charge utile sur orbite ; le lanceur résultant est connu sous le nom de Juno I. Travaillant étroitement ensembles, l'ABMA et le JPL modifient le missile Jupiter-C et construisent le satellite Explorer 1 en 84 jours. Cependant, avant la fin des travaux, l'Union Soviétique lance un deuxième satellite, Spoutnik 2, le 3 novembre 1957. Aussi, la tentative de l'US Navy de placer le premier satellite américain Vanguard TV3 sur orbite se solde par un échec le 6 décembre.

Le 1 février 1958, à 3h48 UTC, la fusée Juno I est lancée depuis la base de Cape Canaveral Air Force Station et place sur orbite le satellite Explorer 1, qui devient ainsi le premier satellite terrestre américain.

Son orbite a un périgée de 358 kilomètres (222 miles), un apogée de 2 550 kilomètres(1 585 mi), avec une période de 114,8 minutes. La masse totale du satellite est de 13,97 kilogrammes (30,80 lb), dont 8,3 kg (18,3 lb) d'instrumentation, batteries comprises.

Explorer 1 est conçu et fabriqué par le Jet Propulsion Laboratory (JPL) du California Institute of Technology sous la direction du Docteur William H. Pickering. C'est le second satellite, après Spoutnik 2, à embarquer une charge utile. La conception de son instrumentation scientifique embarquée est confiée au Docteur James Van Allen de l'Université de l'Iowa. Elle est constituée de :

• un tube Geiger-Müller Anton 314 omnidirectionnel, conçu par le Docteur George Ludwig de l'Iowa's Cosmic Ray Laboratory, pour détecter les rayons cosmiques (d'une énergie E > 30 MeV pour les protons et E > 3 MeV pour les électrons). La plupart du temps, l'instrument était saturé ;
• cinq capteurs de température (un interne, trois externes et un dans la coiffe) ;
• un microphone (acoustic micrometeorite detector, transducteur et amplificateur état solide) pour détecter les impacts de micrométéorites en captant les vibrations du corps du satellite. ;
• un détecteur à grille (micrometeorite erosion gauge, wire grid detector), également destiné à détecter les impacts de météorites. En cas d'impact d'une micrométéorite d'environ 10 µm, une connexion électrique est détruite, et l'évènement est enregistré.

En raison de l'espace limité et des exigences de poids réduit, l'instrumentation d'Explorer 1 est conçue pour être simple et fiable. L'alimentation en électricité est fournie par des batteries au mercure qui représentent approximativement 40 % de la masse de charge utile.

Les données fournies par ces instruments sont transmises lors du survol de l'une des dix-sept stations au sol par deux antennes opérant à des fréquences de 108,00 et 108,03 MHz.

Découverte de la Ceinture de Van Allen

Parfois, l'instrumentation rapportait le rayonnement attendu (~ 30 particules par seconde), mais d'autres fois, aucune particule n'était détectée. L'Université de l'Iowa, sous la direction de James van Allen, remarqua que le compteur tombait à zéro aux altitudes supérieures à 2000 kilomètres au-dessus de l'Amérique du Sud, alors que les passages à 500 km d'altitude auraient mis en évidence le rayonnement cosmique prévu. Après la mission Explorer 3, on conclu qu'à très haute altitude la radiation était si importante que le compteur Geiger d'Explorer 1 avait saturé. De ce puissant rayonnement, l'équipe de Van Allen déduit l'existence d'une ceinture de particules énergétiques piégées par le champ magnétique terrestre, aujourd'hui connue sous le nom de Ceinture de Van Allen. Cette découverte fut considérée comme l'une des plus importantes de l'Année géophysique internationale.

Micrométéorites

Sur une période de onze jours, le microphone détecta et transmit aux stations au sol 145 impacts de poussière cosmique, correspondant à un taux de 8,0 × 10 impacts m s.

Explorer 1 arrête de transmettre des données le 23 mai 1958, à l'épuisement de ses batteries, mais il reste en orbite plus de 12 ans. Le 31 mars 1970, il rentre dans l'atmosphère terrestre et se consume au-dessus de l'Océan Pacifique.

Une réplique en taille réelle d'Explorer 1 est exposée dans la galerie Milestones of Flight, au Smithsonian Institution du National Air and Space Museum.