MESSENGER - Définition
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Introduction
Le programme MESSENGER (en anglais : Mercury Surface, Space Environment, Geochemistry and Ranging) est une mission d'étude des caractéristiques physicochimiques de la planète Mercure. Son but est d'étudier en particulier la composition chimique de la surface et de l'atmosphère, l'histoire géologique, la magnétosphère, la taille, l'état et la nature du cœur de la planète, ainsi que l'origine de son champ magnétique.
Aucune mission ne s'était rendue vers Mercure depuis Mariner 10, la précédente et unique sonde qui a achevé sa mission en mars 1975. Celle-ci a offert une cartographie de près de 45 % de la surface de la planète (un seul hémisphère) avec une résolution de 1610 mètres de diamètre. Messenger offre plusieurs améliorations dans la numérisation des clichés avec des caméras offrant une résolution permettant de distinguer des caractéristiques de surface de seulement 18 mètres de diamètre. Messenger sera également la première sonde à offrir l'image de l'ensemble de la planète.
L'acronyme Messenger a été choisi par la NASA symboliquement car le dieu Mercure était le messager (messenger en anglais) des dieux dans la mythologie romaine.
Déroulement de la mission
Initialement prévu le 11 mai 2004, avec une fenêtre de lancement de 12 jours, le lancement de la sonde spatiale a été repoussé le 26 mars 2004 pour la date du 30 juillet avec une fenêtre de 15 jours.
Finalement, c'est le 3 août 2004 à 6h16 UTC, que la sonde décolle à bord d'une fusée Boeing Delta II de la base de Cap Canaveral, en Floride, après un ultime retard de 24 heures provoqué par une tempête tropicale.
La sonde Messenger a survolé la Terre le 2 août 2005, à 2 347 kilomètres d'altitude, pour utiliser l'assistance gravitationnelle de sa planète d'origine.
Cette assistance gravitationnelle se poursuivra grâce à une trajectoire assez longue et complexe pour pouvoir atteindre la vitesse orbitale de Mercure qui est très élevée, sans trop consommer d'énergie.
Elle a ainsi survolé Vénus en octobre 2006 et en juin 2007 et devrait faire de même par trois fois avec Mercure, avant de commencer sa mission scientifique en mars 2011, pour une durée de 1 an. Ces divers survols seront suivis de corrections de trajectoires par les propulseurs.
Lors de son premier survol de Mercure à seulement 200 km de sa surface le 14 janvier 2008, la sonde a pris une première série de clichés haute résolution de la face inconnue de la planète.
Lors de son deuxième survol de Mercure toujours à 200 km de sa surface le 6 octobre 2008, la sonde a pris plus de 1200 clichés, haute résolution de la face inconnue de la planète, couvrant ainsi 30% de sa surface. Le troisième et dernier survol de Mercure avant l'insertion orbitale définitive (18 mars 2011), s'est déroulé le 29 septembre 2009, dévoilant les derniers 10% encore inconnus de sa surface.
Mercure étant quasiment dépourvue d'atmosphère, la sonde ne pourra pas utiliser d'aérofreins lors de sa mise en orbite finale et devra utiliser ses propulseurs d'appoint pour ralentir.
La sonde sera en orbite mercurienne le 18 mars 2011.
La sonde et ses sous-systèmes
La sonde Messenger conçue et développée par le Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory (JHU / APL), est une boite aplatie (1,27 m × 1,42 m × 1,85 m) protégée du Soleil par un bouclier thermique en forme de demi cylindre et pourvue de deux panneaux solaires. Un magnétomètre est installé au bout d'un bras de 3,6 mètres. La masse totale de la sonde est de 1093 kg dont 607,8 kg de masse d'ergol et d'hélium. La structure en graphite / epoxy est constituée de deux panneaux verticaux qui supportent les deux réservoirs de carburant et de deux panneaux verticaux qui soutiennent le réservoir de comburant. Le panneau supérieur supporte le propulseur principal (LVA), les propulseurs auxiliaires et leur réservoirs, les senseurs stellaires et la batterie.
La propulsion est assurée par un propulseur biergol de 645 N de poussée et 317 s d'impulsion spécifique. Quatre propulseurs monergol de 22 N de poussée contrôlent le satellite pendant les tirs du propulseur principal. Le contrôle d'attitude du satellite est assuré par dix propulseurs mono-ergol de 4 N de poussée et une roue à inertie. L'attitude du satellite est acquise grâce à des senseurs stellaires, une centrale à inertie et six senseurs solaires. La puissance électrique est fournie par les panneaux solaires, qui s'étendent au-delà du bouclier thermique et sont orientés de façon à contrôler leur température et la puissance délivrée qui est nominalement de 450 W en orbite autour de Mercure. Les panneaux solaires sont recouverts à 70 % de réflecteurs optiques (OSR) et à 30 % de cellules photovoltaïques AsGa / Ge. La puissance est stockée à l'aide de batteries nickel / hydrogène.
Les communications vers la terre sont réalisées en bande X par l'intermédiaire de deux antennes réseau à commande de phase (liaison descendante) et d'antennes à faible gain et à gain moyen (liaison montante et descendante) qui sont montées sur les faces avant et arrière de la sonde. Un système de contrôle thermique passif, constitué d'un bouclier thermique opaque en tissu de céramique, est utilisé pour maintenir la température de fonctionnement de la sonde lorsqu'elle est proche du soleil. Des radiateurs sont par ailleurs intégrés à la structure et l'orbite est optimisée afin de minimiser les flux thermiques infrarouge et visible provenant de la surface de Mercure. Des isolants multicouches, des joints à faibles conductivité et des réchauffeurs sont également utilisés pour maintenir les températures dans les limites de fonctionnement.
