Huygens (sonde spatiale) - Définition
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Introduction
Huygens est un module de descente de 350 kg développé par l'Agence spatiale européenne pour étudier Titan, un des satellites de Saturne, dont l'atmosphère épaisse intrigue depuis longtemps les astronomes. Il a été transporté jusqu'aux abords de Saturne par la sonde spatiale Cassini de la NASA lancée en 1997 et, après une phase de mise en sommeil de près de 7 ans, a été largué près de son objectif en décembre 2004. Huygens a atteint Titan le 14 janvier 2005. Après avoir pénétré à environ 20 000 km/h dans l'atmosphère dense du satellite protégé par un bouclier, il a déployé successivement à compter de l'altitude de 180 km plusieurs parachutes avant d'effectuer un atterrissage en douceur sur le sol.
Ce 14 janvier 2005, la sonde Huygens, baptisée du nom de l'astronome Christian Huygens qui a découvert le satellite Titan en 1655, devient l'objet de construction humaine posé le plus loin dans le système solaire.
Mission prévue
La mission de Huygens est de réunir des informations sur la composition de l'atmosphère de Titan, mesurer les vents et les températures, déterminer la nature du sol du satellite et sa topographie. A cet effet la sonde dispose de 6 instruments mis en œuvre durant la phase de descente d'une durée de 2 heures et continuant, si possible, leurs mesures durant un laps de temps équivalent après l'atterrissage jusqu'à l'épuisement des batteries.
Composants
Entry Assembly (ENA)
L'Entry Assembly (ENA) est l'enveloppe externe de Huygens. Elle prend en charge l'interface avec la sonde Cassini durant le trajet jusqu'à Titan, réalise la séparation avec la sonde Cassini, assure le transport des instruments, sert de protection thermique lorsque Huygens pénètre dans l'atmosphère de Titan, et ralentit la sonde à l'aide de ses parachutes jusqu'à la libération du module de descente (Descent Module DM).
Après l'entrée de Huygens dans l'atmosphère de Titan, l'ENA est larguée par le module de descente.
Descent Module (DM)
Le module de descente ( Descent Module DM) comprend toute l'instrumentation scientifique de la sonde Huygens. Composé d'une coque d'aluminium et d'une structure interne sur laquelle sont fixés les instruments, il comporte en outre le parachute de descente ainsi que les appareils de contrôle de rotation.
Probe Support Equipment (PSE)
L'équipement de soutien à la sonde (Probe Support Equipment PSE) est constitué de la partie conçue par l'ESA qui ne s'est pas détachée de Cassini. Pesant au total environ 30 kg, elle sert au suivi de la sonde et la récupération de ses données.
Construction
Huygens est construite sous maîtrise d'œuvre d'Aerospatiale au Centre spatial de Cannes Mandelieu, en France (désormais partie de Thales Alenia Space). Le bouclier thermique est construit sous la responsabilité d'Aerospatiale près de Bordeaux (désormais partie de EADS SPACE Transportation).
Martin-Baker Space Systems est chargée des parachutes et des composants structurels, mécaniques et pyrotechniques contrôlant la descente de la sonde sur Titan. IRVIN-GQ travaille sur la définition de chacun des parachutes de Huygens.
Description
La sonde Huygens est conçue pour entrer et freiner dans l'atmosphère de Titan et parachuter un laboratoire robotisé jusqu'à la surface. Lorsque la mission a été planifiée, personne ne connaissait la topographie du lieu d'atterrissage ; chaîne de montagnes, plaine, océan,... ; l'analyse des données de Cassini devait permettre de répondre à ces questions (sur la base de photographies prises par Cassini à 1 200 km de Titan, le site ressemblait à un rivage). Le site pouvant ne pas être une surface solide, Huygens est conçue pour survivre à un impact avec une surface liquide (ce qui aurait été le premier contact d'un objet terrestre avec un océan extraterrestre). La sonde ne possède que trois heures d'autonomie électrique procurée par des batteries, dont la plus grande partie devant être utilisée pendant la descente. Les concepteurs n'espéraient pas plus de 30 minutes de données après l'arrivée sur le sol.
La mission Huygens est composée de la sonde elle-même de 318 kg descendant sur Titan et de l'équipement de soutien de sonde (probe support equipment, PSE), resté attaché à Cassini. Le bouclier thermique de Huygens a un diamètre de 2,7 mètres ; après l'éjection du bouclier, la sonde fait 1,3 m de diamètre. Le PSE inclut l'électronique nécessaire au suivi de la sonde, à la récupération des données enregistrées pendant la descente et à leur distribution à Cassini, chargée ensuite de les transmettre à la Terre.
La sonde n'est activée, pendant les 6 années du trajet interplanétaire, que pour des vérifications bi-annuelles. Ces vérifications suivent des scénarios de descente pré-programmés et leurs résultats sont transmis à la Terre pour analyse.
Juste avant la séparation de Huygens et de Cassini le 25 décembre 2004, une dernière vérification est effectuée. L'horloge interne est synchronisée avec l'heure précise à laquelle doivent être activés les systèmes de la sonde (15 minutes avant son entrée dans l'atmosphère). Huygens est ensuite détachée de Cassini et navigue dans l'espace pendant 22 jours avec un seul système actif : l'alarme destinée à la mise en route.
La mission principale consiste en une descente en parachute à travers l'atmosphère de Titan. Les batteries de Huygens sont conçues pour une durée de mission de 153 minutes, correspondant à une durée de descente de 2,5 heures et au moins 3 minutes à la surface de Titan (voire une demi-heure, ou plus). L'émetteur radio de la sonde est activé tôt pendant la descente et Cassini reçoit les signaux Huygens pendant trois heures, soit la phase de descente et la première demi-heure après l'atterrissage. Peu de temps après cette fenêtre de trois heures, l'antenne à haut gain de Cassini est détournée de Titan et pointée vers la Terre.
Huygens touche la surface de Titan par 10° 17' 37" S, 163° 10' 39" E à 12:43 UTC.
Les plus grands radiotélescopes terrestres captent également la transmission de 10 W de Huygens par interférométrie à très large bande (VLBA). À 10:25 UTC le 14 janvier, le télescope de Green Bank (GBT) de Virginie occidentale détecte le signal porteur de la sonde Huygens. Le GBT continue par ailleurs à détecter ce signal bien après que Cassini arrête de le faire.
La puissance du signal reçu sur Terre est comparable à celle reçue par le VLA en provenance de la sonde atmosphérique de Galileo et est donc trop faible pour être détectée en temps réel à cause de la modulation induite par la télémétrie informatique (alors inconnue). Des enregistrements sont donc réalisées sur une large bande de fréquence. Après l'envoi de la télémétrie de Huygens par Cassini, ces enregistrements seront traités, permettant de déterminer la fréquence exacte du signal de la sonde, cette technique devant permettre de connaître la vitesse du vent et la direction de Huygens pendant la descente, ainsi que son lieu d'atterrissage avec une précision d'1 km.
