Venus Express

Venus Express est une sonde spatiale de l'Agence spatiale européenne (ESA) ayant pour objectif d'étudier Vénus. C'est la première mission d'exploration de l'ESA en direction de cette planète et la première à la visiter depuis le programme Magellan de la NASA en 1994.

Le lancement de la sonde est effectué le 9 novembre 2005, laquelle s'est placée en orbite autour de Vénus le 11 avril 2006. Commençant dès lors ses observations de la structure, la chimie et la dynamique de l'atmosphère de Vénus pendant 486 jours terrestres, soit l'équivalent d'au moins deux jours vénusiens.

Les mesures effectuées par la sonde répondent aux objectifs scientifiques suivants  :

• étude de la circulation atmosphérique : vitesse de rotation, mécanismes de circulation générale
• rôle de l'effet de serre sur l'évolution passée de la planète et son incidence sur son évolution
• étude de l'activité tectonique et volcanique présente
• origines de la divergence entre l'évolution de la Terre et celle de Vénus

La mission Venus Express est proposée en 2001 à partir de l'architecture développée pour la sonde martienne Mars Express. Certaines caractéristiques sont adaptées pour résister à l'environnement spatial de Vénus : la planète se situant deux fois plus près du Soleil que Mars, la sonde doit recevoir quatre fois plus de rayonnement thermique que son homologue martienne, les radiations sont nettement plus intenses et la luminosité reçue par ses panneaux solaires est plus forte. L'équipement électrique, le contrôle thermique, les communications et les panneaux solaires ont donc été modifiés en conséquence.

Venus Express comporte également quelques instruments de la mission Rosetta. L'un dans l'autre, le développement de la sonde ne dure que 33 mois et la réutilisation de concepts déjà validés permet de faire baisser son coût. Le budget total de la mission s'élève à 220 millions d'euros (dont 35 millions pour le lancement, 82,4 millions pour la maîtrise d'œuvre et 23 millions pour les instruments scientifiques). 197 millions d'euros sont à la seule charge de l'ESA.

D'une masse totale au lancement de 1 270 kilogrammes, Venus Express se présente sous la forme d'une structure en aluminium en nid d'abeille de 1,65 mètre de long par 1,7 mètre de large et 1,4 mètre de haut. De chaque côté sont placés deux panneaux solaires assurant l'alimentation en électricité. L'antenne à haut gain pour la communication se trouve sur un autre côté. Pour résister au flux d'énergie solaire qui est quatre fois plus important dans l'orbite de Vénus que celle de Mars, la sonde doit maintenir la température interne aux environs de 20 à 25 °C.

Tout comme pour Mars Express, l'intégrateur est la société européenne EADS Astrium.

Instrumentation

Les instruments scientifiques de Venus Express sont un mélange d'éléments en double et de concepts des sondes Mars Express et Rosetta, avec bien sûr quelques modifications pour les adapter aux hautes radiations et à l'environnement thermique entourant Vénus. La plupart des instruments d'observation opèrent dans l'infrarouge afin de percer l'épaisse couche nuageuse qui couvre la planète. Une caméra, la VMC, est néanmoins capable de prendre des images dans l'ultraviolet et la lumière visible afin de capturer l'image d'éclairs et d'observer ces nuages dans différentes longueurs d'onde :

• ASPERA-4 (Analyzer of Space Plasmas and Energetic Atoms) : destiné à analyser l'interaction entre le vent solaire et l'atmosphère vénusienne, déterminer l'impact de la production de plasma dans l'atmosphère et la distribution globale de plasma et de gas neutres, étudier les atomes à haute énergie, les ions et les électrons dans l'environnement immédiat de Vénus. ASPERA-4 est une réutilisation d'ASPERA-3 utilisé pour Mars Express, mais adapté à Vénus. Il a été réalisé par le Swedish institute of space physics de Kiruna, Suède.

• MAG : magnétomètre destiné à la mesure du champ magnétique de Vénus et sa direction lors d'interactions avec le vent solaire. Il sera capable de cartographier la magnétopause, la magnétosphère et l'ionosphère en haute résolution et en trois dimension, d'aider ASPERA-4 à étudier l'interaction du vent solaire et de l'atmosphère de Vénus, d'identifier les frontières entre les différentes régions de plasma et d'effectuer quelques observations planétaires (pour les éclairs par exemple). MAG dérive de ROMAP, utilisé dans la sonde Rosetta. Réalisé par l'OAW, Autriche.

• PFS (Planetary Fourier Spectrometer) : spectromètre opérant dans les longueurs d'onde infrarouges, entre 0,9 et 45 µm et destiné à réaliser des sondages optiques verticaux de l'atmosphère de Vénus. Il réalisera une surveillance globale, à long-terme et en trois dimensions du champ de température de la basse atmosphère (jusqu'à 100 km d'altitude). Il procèdera à la recherche de molécules atmosphériques éventuelles qui n'auraient pas encore été détectées, analysera les aérosols atmosphériques et les échanges entre l'atmosphère et la surface. Le modèle est basé sur un spectromètre de Mars Express, mais modifié pour accroître sa performance. Réalisé par l'Istituto fisica spazio interplanetario de Rome, Italie.

• SPICAV (Spectroscopy for Investigation of Characteristics of the Atmosphere of Venus) : spectromètre destiné à l'analyse des radiations dans l'infrarouge et l'ultraviolet. Dérivé du SPICAM de Mars Express. SPICAV possède un canal additionnel nommé SOIR (Solar Occultation at Infrared) qui observera le Soleil dans l'infrarouge à travers l'atmosphère vénusienne. Réalisé par le service d'aéronomie du CNRS de Verrières-le-Buisson, France.

• VeRa (Venus Radio Science) : sondage radio de l'atmosphère par transmission d'ondes radio depuis la sonde à travers l'atmosphère ou par réflection sur la surface. Ces ondes radio seront reçues par une station terrestre qui analysera l'ionosphère, l'atmosphère et la surface de Vénus. L'instrument est dérivé d'un instrument similaire de Rosetta. Réalisé par l'Université de Munich, Allemagne.

• VIRTIS (Visible and Infrared Thermal Imaging Spectrometer) : spectromètre dans l'ultraviolet proche, le visible et l'infrarouge. Analysera toutes les couches de l'atmosphère, la température de surface et les interactions entre la surface et l'atmosphère. Dérivé d'un instrument de Rosetta. Réalisé par l'Observatoire de Paris, France, et l'Istituto di Astrofisica Spaziale e Fisica Cosmica, Italie.

• VMC (Venus Monitoring Camera) : caméra CCD multi-canaux à grand angle opérant dans le visible, l'ultraviolet et le proche infrarouge. Elle cartographiera la distribution de luminosité de la surface et recherchera une éventuelle activité volcanique, surveillera les émissions lumineuses de l'atmosphère, étudiera la distribution de phénomènes d'absorption ultraviolette inconnus dans la haute atmosphère ainsi que plusieurs autres observations scientifiques. La caméra sera capable de prendre des images et de réaliser des films. Elle est dérivée de la caméra à haute-résolution stéréo (HRSC) de Mars Express et du système d'image optique, spectroscopique et infrarouge (OSIRIS) de Rosetta. Réalisée par le MPAe, Allemagne.

Lancement et voyage vers Vénus

La dernière phase de test de la sonde à l'usine EADS Astrium à Toulouse, en France intervient le 3 août 2005, commence alors le transport de la sonde vers le cosmodrome de Baïkonour au Kazakhstan à bord d'un avion cargo Antonov An-124 avec escale à Moscou en Russie. La sonde arrive à Baïkonour le 10 août et les tests des différents éléments de la sonde commencent .

Le 12 octobre 2005, Venus Express est arrimée à l'étage supérieur Fregat du lanceur Soyouz . La fenêtre de lancement de Venus Express s'étend du 26 octobre au 23 novembre 2005, avec un lancement initialement prévu pour le 26 octobre à 05h43 TU. Mais suite à une contamination dans la coiffe du lanceur, le lancement est repoussé de quelques jours, le temps de retirer la sonde de l'étage supérieur du lanceur, de la nettoyer et de la remonter sur sa base . La sonde et son lanceur sont placée sur le pas de tir le 5 novembre. Le lancement a lieu le 9 novembre 2005 à 03h33:34 TU, grâce à une fusée Soyouz-Fregat de l'entreprise Starsem. La sonde se sépare complètement du lanceur 1h 36 minutes plus tard, faisant de son lancement un succès. Son transfert vers Vénus nécessite au moins une correction de trajectoire à proximité de la Terre.

Le contrôle de la mission est assuré, comme tous les programmes spatiaux européens, par le Centre européen d'opérations spatiales (ESOC) de l'ESA, situé à Darmstadt en Allemagne.

Le voyage vers Vénus est direct, sans assistance gravitationnelle et dure 153 jours. Le 11 avril 2006, la sonde utilise ses moteurs pour ralentir sa vitesse par rapport à Vénus, de 29 000 à 25 000 km/h. Elle est capturée 50 minutes plus tard par le champ de gravité de la planète .

Venus Express met cinq jours supplémentaires pour atteindre son orbite de travail et est totalement opérationnelle le 18 mai 2006 .

Observation de Vénus

La durée nominale prévue de la mission est de deux jours vénusiens (soit environ 500 jours terrestres). Venus Express est placée sur une orbite très elliptique, survolant le pôle nord de Vénus à seulement 250 kilomètres d'altitude et s'éloignant au plus à 66 000 kilomètres, avec une période d'un jour terrestre (afin de faciliter les opérations depuis la Terre) .

Venus Express étudie l'atmosphère ainsi que les nuages vénusiens en détail, le plasma et les caractéristiques de la surface de Vénus. Elle réalise également une cartographie complète des températures de surface de la planète.

Compte tenu de la qualité des informations collectées, la mission est prolongée à deux reprises : une première fois jusqu'en mai 2009 puis jusqu'en décembre 2012 suite à la décision du comité des programmes scientifiques du 2 octobre 2009 .