Depuis la théorie de la relativité générale, en 1915, on sait que le temps ne s’écoule pas partout à la même vitesse. Albert Einstein a ainsi énoncé que l’écoulement du temps dépendait de la gravité, et que celui-ci ralentissait à proximité de toute masse. Mais on n’avait pas encore mesuré cet effet avec précision.
C’est toute l’ambition du projet d’horloge atomique par refroidissement d’atomes en orbite Pharao. Il sera en capacité de le faire en microgravité, dans l’environnement de la Station spatiale internationale à 400 km au-dessus de la Terre. Développé par la communauté scientifique réunie autour du CNES, cet instrument de nouvelle génération s’inscrit dans le cadre de la mission de l’ESA ACES (Atomic Clock Ensemble in Space).
Les horloges atomiques au sol constituent à ce jour les instruments les plus précis pour mesurer le temps qui passe, avec une dérive de seulement 1 seconde tous les 50 millions d’années. Pharao, qui opérera dans l’espace, depuis l’ISS, aura une exactitude de 10-16, ce qui correspond à une dérive de 1 seconde tous les 300 millions d’années ! Derrière cette expérience inédite de physique fondamentale, des applications concrètes sont attendues dans plusieurs domaines.
Tester précisément la théorie de la relativité
Valider de nouvelles technologies spatiales
Affiner les échelles de temps mondiales
Le programme ACES/Pharao a des objectifs scientifiques à la fois dans le domaine de la physique fondamentale et dans celui de la technique. Les aspects fondamentaux ont trait à la physique des horloges à atomes froids.
Pour la première fois, les atomes froids seront manipulés en microgravité, dans des conditions qui ne sont pas accessibles sur Terre, pour réaliser des tests de physique fondamentale (relativité, possible dérive de constantes fondamentales dans le temps). L’intérêt est le suivant : lors du cycle de fonctionnement de l’horloge dans l’environnement spatial, les atomes refroidis tombent en chute libre, ce qui facilite la mesure de la seconde.
En plus de Pharao, la plateforme ACES embarque un ensemble de nouvelles technologies qui permettront à la communauté scientifique de bénéficier d’une référence de temps avec une stabilité inégalée.
Grâce à ACES, l'inter-comparaison d'horloges atomiques terrestres distantes deviendra possible, et très utile, y compris si certaines d'entre elles deviennent plus précises que Pharao. Toute nouvelle horloge au sol augmentera l'intérêt d'ACES/Pharao, car elle pourra être soumise à une comparaison croisée avec n'importe quelle autre horloge sur Terre.
Cette possibilité pourra être exploitée dans différents domaines de recherche : la physique fondamentale (relativité générale), la métrologie temps-fréquence, mais aussi la géodésie (étude des dimensions de la Terre et de son champ de pesanteur) et la gravimétrie (étude de la pesanteur).
ACES/Pharao doit être lancé en avril 2025 par le lanceur américain Falcon 9. Le transfert vers l’ISS s’effectuera à bord du véhicule américain Dragon 2. Une fois le module arrimé à l'ISS, ACES sera extrait par un bras robotisé et déposé temporairement dans la section américaine de l'ISS. Il sera ensuite amené à sa destination finale à l'extérieur du module Columbus.
ACES opérera à l'extérieur du module européen Columbus en position nadir pour pouvoir transmettre des signaux micro-ondes vers les stations connectées aux horloges au sol. Columbus fournira les liaisons de transfert de données et l'énergie à ACES.
La mission se déroule en trois phases :
La phase de validation et d'utilisation est prévue pour durer 18 mois. Les six premiers mois seront dédiés à la caractérisation des horloges et à l’analyse de la capacité à comparer ces horloges avec d’autres instruments au sol. Cette phase sera suivie par une phase opérationnelle durant laquelle ces comparaisons seront faites avec des utilisateurs partout dans le monde. Le fonctionnement d'ACES pourra être étendu à 30 mois.
Le CNES a assuré le développement et l'intégration de l'horloge Pharao, qui est la principale contribution française au projet ACES (Atomic Clock ensemble in Space) de l’ESA. Dans ACES, Pharao est couplé avec un maser actif, SHM, horloge atomique à hydrogène fournie par la Suisse. Les deux horloges sont complétées par un lien micro-ondes (MWL), instrument de transfert de temps d'une précision inégalée.
Les laboratoires français ou internationaux impliqués dans Pharao sont :
Le programme d’exploitation des données de la mission est ouvert à une communauté internationale constituée d’utilisateurs intéressés par la comparaison de leurs horloges atomiques au sol avec le signal d'horloge d'ACES et par l'analyse des données scientifiques. Cette coopération scientifique est organisé au sein un groupe de travail international ACES (ACES International Working Group).
Le segment sol de contrôle (MIGS) repose sur des éléments partagés avec d’autres missions :
Le segment sol dédié à la charge utile (PLGS) comprend :
Les produits seront mis à la disposition du centre de données et de services AERIS permettant de les valoriser et de les mettre à la disposition de la communauté scientifique internationale.
Le satellite Microcarb repose sur une plateforme issue de la filière Myriade développée par le CNES, en partenariat avec les industriels Airbus Defence & Space et Thales Alenia Space. Cette plateforme a déjà été utilisée pour la réalisation de 18 satellites dont 17 ont été lancés et opérés avec succès. Cette plateforme a vu ses capacités progresser de façon continue depuis le lancement du premier satellite Demeter en 2004.
Les principales caractéristiques du satellite sont les suivantes :
| Masse | 180 kg |
| Energie | Générateur solaire cellules AsGa : 200 W orientable Batterie Li Ion : 500 Wh |
| Propulsion | Hydrazine : 55 m/s |
| Contrôle d’attitude | Senseur stellaire, 4 roues de réaction |
| Mémoire de masse | 1 Tb |
| Télémesure servitude | 620 kbits/s Bande S |
| Télémesure mission | 156 Mbits/s Bande X |
| Fiabilité (5 ans) | 0,85 |
| Lanceur | Vega C |
L’instrument embarqué sur MicroCarb est un spectromètre infrarouge passif, fonctionnant à 4 longueurs d’onde et reposant sur l’utilisation d’un réseau à échelle pour assurer la dispersion spectrale.
Le CNES a confié à Airbus Defence & Space le développement et la qualification de l’instrument ainsi que l’optimisation de son concept.
L’instrument mesure des spectres atmosphériques correspondant à :
L’instrument intègre un imageur dont la fonction essentielle est de détecter des nuages dont la présence provoquerait des mesures erronées du spectromètre.
| Type | Spectromètre infrarouge passif | |||
| Principe | Dispersion par Réseau échelle | |||
| Longueurs d’onde | 758,3 – 768,8 nm | 1264 – 1282,2 nm | 1596,7 – 1618,9 nm | 2023 – 2051 nm |
| Résolution spectrale | > 25 000 | > 25 000 | > 25 000 | > 25 000 |
| Rapport signal sur bruit | 420 | 450 | 600 | 230 |
| Détecteur | NGP. Matrice HgCdTe 1k x1k | |||
| Champ de vue | 3 pixels de 4.5x9 km² | |||
| Imageur | Longueur d’onde: 0.625 µm. Résolution sol : 200 m | |||
| Masse | 80 kg | |||
| Consommation | 60 W | |||
Le choix d’une résolution spectrale élevée garantit un instrument robuste, c'est-à-dire moins sensible aux défauts de type distorsion optique, non linéarité de réponse, lumière parasite, etc.
L’instrument est ainsi constitué de :
Pour la partie optique
Pour la partie électronique
Ce concept instrumental, étudié au CNES a fait l’objet d’une maquette qui a permis d’en vérifier le principe et de valider son dimensionnement.
MicroCarb dispose de plusieurs modes de pointage.
Au-dessus des terres émergées, le satellite acquiert des mesures en visée nadir. Un mécanisme de scan autorise le dépointage de la ligne de visée de part et d’autre de la trace avec une amplitude de ± 200 km, favorisant ainsi l’acquisition de mesures non corrélées.
Au-dessus des mers, l'eau étant sombre dans le domaine spectral du proche infrarouge et ne réfléchissant donc pas la lumière solaire, MicroCarb visera le glint, c'est-à-dire la tache de réflexion spéculaire du soleil. Cette capacité de suivi de la tache de réflexion du soleil permet d'obtenir un flux suffisant en entrée de l'instrument et autorise donc la mesure de la concentration du CO2 atmosphérique au-dessus des océans.
La figure ci-dessus montre une répartition des modes glint et nadir envisagée pour les études de dimensionnement du satellite en phase A. Les orbites en bleu sont en mode glint (orbites majoritairement sur mer), et les orbites en jaune sont en mode nadir (les mesures en mode nadir au-dessus des mers sont inexploitables, car le flux reçu par le satellite est trop faible). Une même orbite peut également être découpée entre une partie en glint et une partie en nadir. Le pointage en glint est assuré par le satellite pour le mouvement en tangage et par le mécanisme de scan interne à l’instrument pour le mouvement en roulis.
Par un ralentissement de la vitesse de défilement grâce à un ralenti en tangage et en ajustant la trace au sol grâce au miroir, il est possible de ramener la résolution au sol à des pixels de 2x2 km². Une approche multipassages permet alors de scanner des zones d’intérêt de l’ordre de 30x30 km². Ce mode est probatoire sur MicroCarb, car cette augmentation de la résolution se traduit également par une augmentation du bruit de mesure et suppose que la région d’intérêt soit complètement exempte de nuages.
Le mode d’observation consiste en des acquisitions en continu sur une cible fixe. Ce mode est destiné notamment à vérifier la précision des mesures effectuées par la chaine instrumentale (instrument embarque et algorithmes de correction et d’inversion) en comparaison avec les mesures de référence effectuées par les stations sol du réseau TCCON.
Ce mode est également à même de cartographier une zone d’intérêt de quelques dizaines de km de surface.
Dans ce mode, le mouvement autour de l’axe tangage est assuré par le satellite, celui autour de l’axe roulis par le mécanisme de scan interne à l’instrument.
Plusieurs modes de pointage sont prévus afin de calibrer l’instrument sur des sources de référence. Il s’agit d’un pointage vers le soleil, pour lequel l’instrument effectuera les mesures à travers un diffuseur (il s’agira de vérifier la calibration spectrale sur des raies solaires) et d’un pointage vers la lune (destinée à vérifier la calibration radiométrique).
Pour aller plus loin, voici des liens vers des sites externes que vous pouvez consulter :
La page MicroCarb du site Aeris-Data
Les laboratoires partenaires
Alors que le changement climatique représente un défi environnemental majeur du monde contemporain, il est essentiel de pouvoir quantifier, à l’échelle planétaire, les sources et puits de CO2, le principal gaz à effet de serre. Or, à ce jour, il est difficile d’en mesurer les quantités absorbées ou émises dans l’atmosphère par manque d’observations dans certaines régions du globe.
Les flux annuels globaux de CO2 représentent 200 gigatonnes de carbone. Les émissions liées à l'activité humaine, dites anthropiques, ajoutent environ 10 gigatonnes à la balance naturelle. Ce surplus est, pour moitié, absorbé par la végétation, les sols et les océans, l'autre moitié entraînant une augmentation de la concentration atmosphérique en gaz à effet de serre. Première mission européenne dédiée au suivi des flux de carbone, MicroCarb permettra de comprendre comment agissent ces puits de carbone et apportera des informations indispensables à la connaissance des origines et des impacts du changement climatique.
Piloté par le CNES dans le cadre du Programme d’investissements d’avenir, ce programme fait l’objet d’une coopération avec l’agence spatiale du Royaume-Uni (United Kingdom Space Agency – UKSA), avec l’appui de l’Union européenne.
Mesurer la concentration atmosphérique du CO2
Mieux comprendre les flux de carbone
Identifier les paramètres qui contrôlent ces flux
Valider les modèles de cycle de vie du carbone
Le but de la mission est d’établir des cartes de concentration de CO2 afin d’en déduire les flux de carbone entre les zones étudiées, d’un point de vue statique, au cours des saisons (en fonction du cycle végétal mais également de la variation de température des océans) et dans le temps plus long (prise en compte du changement climatique).
Pourquoi procéder ainsi ? Parce que les flux, qui reflètent la circulation de CO2 entre les zones, ne sont pas directement mesurables. MicroCarb va donc mesurer la concentration de CO2 dans la colonne d’atmosphère au-dessus du pixel au sol visé (de l’ordre de 4,5 x 9 km²), avec une précision élevée, de l’ordre de 1 ppm. Pour cela, l’instrument mesurera le spectre atmosphérique dans le domaine du proche infrarouge, qui est la bande de longueur d’onde dans laquelle on peut observer la signature de la molécule de CO2, en analysant le rayonnement solaire réfléchi par la Terre le long de la trace au sol du satellite (terres émergées, mers, cibles fixes). Ces mesures seront converties en concentrations de CO2, à partir desquelles les flux pourront être calculés. MicroCarb effectuera également des mesures dans la bande de longueur d’ondes caractéristique de l’O2, nécessaire pour obtenir la part relative du CO2 par rapport à la colonne d’air totale.
MicroCarb est une mission d’échantillonnage, c’est-à-dire qu’elle n’assure une couverture en chaque point du globe qu’au terme d’un cycle de 25 jours, mais que ses données alimenteront un modèle à 4 dimensions (3 dimensions spatiales et une temporelle).
Par ailleurs, MicroCarb doit préfigurer un système opérationnel futur apte à assurer un suivi global et précis des émissions fossiles. La compréhension du cycle du carbone peut enfin nous aider à prévoir son évolution en fonction des différents scénarios climatiques.
Le lancement de MicroCarb est prévu dans le courant de l’année 2025, depuis le Centre Spatial Guyanais à Kourou, en tant que passager auxiliaire sur un lanceur européen Vega C.
L’orbite retenue pour l’atteinte des objectifs scientifiques est une orbite héliosynchrone d’altitude 650 km, afin d’optimiser le flux solaire reçu et l’homogénéité de la couverture globale à l’horizon de la semaine.
Le projet MicroCarb est piloté par le CNES en partenariat étroit avec les laboratoires de l'Institut Pierre-Simon Laplace, en particulier le LSCE (Laboratoire des sciences du climat et de l’environnement), unité mixte de recherche du CNRS et du CEA, et le LMD (Laboratoire de météorologie dynamique). Il fait l’objet d’une coopération avec l’UKSA (agence spatiale du Royaume-Uni) et mobilise des industriels français et européens, ainsi que des laboratoires et industriels britanniques.
Le programme est financé dans le cadre du Programme d’investissements d’avenir du gouvernement français, ainsi que de la subvention pour charges de service public reçue par le CNES. L’UKSA a financé en partie l’instrument et son intégration à la plateforme. Enfin, dans le cadre du programme H2020 / IOD-IOV, l’Union européenne contribue également via l’ESA (déploiement du centre de mission chez EUMETSAT et lancement sur Vega C).
Le CNES est responsable :
Airbus Defence & Space a assuré le développement de l’instrument.
Les activités scientifiques sont coordonnées par un groupe de mission MicroCarb composé de :
Les laboratoires scientifiques ont en charge les développements algorithmiques d’une partie des chaînes de traitement, et l’exploitation scientifique de la mission
Le maître d’œuvre du consortium Hera est la société allemande OHB.
La plateforme Hera est composée de :
Les principaux instruments à bord :
Le satellite transporte en plus deux CubeSats qui seront déployés à proximité de Dimorphos afin de faire des mesures complémentaires (détection de poussières, imageur multispectral, radar basse fréquence pour un sondage interne, gravimètre, etc.) et pourront communiquer avec le vaisseau-mère via la liaison ISL :
Ils seront déployés hors du satellite principal pour se rapprocher de leur cible Dimorphos. Une petite caméra appelée Small Monitoring Camera fournira des images du déploiement de ces CubeSats. Ils permettront d’une part de recueillir des données complémentaires sur l’astéroïde et son environnement (dont la première mesure de structure interne) et d’autre part, de tester une nouvelle technique de communication inter-satellite.
Un CubeSat 6U est composé de six cubes de 10cm d’arête pesant chacun environ 1,3kg. Les deux CubeSats occuperont donc l’espace d’une boîte à chaussures de 30cm x 20cm x 10cm.
Compte tenu de la très faible gravité de Dimorphos, les CubeSats seront éjectés à seulement quelques cm/s, soit beaucoup plus délicatement qu’ils ne le sont habituellement (2m/s). Moins coûteux que la sonde principale, ces CubeSats permettent de prendre plus de risques, notamment en atterrissant sur l’astéroïde en fin de mission, tandis que la sonde principale restera à plus grande distance.
Elles permettront d’acquérir des images détaillées de la surface des astéroïdes ainsi que du résultat de l’impact de DART (cratère ou déformation globale de l’astéroïde). Avec un champ d’observation de 5,5 degrés par 5,5 degrés, elles permettront de cartographier les deux astéroïdes à une échelle de 2-3 m.pixel-1 dans la phase d’approche, à 1-2 m.pixel-1 durant la phase détaillée et à 0,5-2 m.pixel-1 lorsqu’elles seront au plus proche des cibles. Lors de survols spécifiques au-dessus de zones d’intérêt, la résolution pourra descendre en-dessous de 10 cm.pixel-1. Ces données permettront d’obtenir des informations détaillées sur les propriétés de surface, de mesurer la topographie des astéroïdes, d’en déduire leur volume et, in fine, leur densité - en combinaison avec l’estimation de la masse. Les AFC serviront aussi à guider et à contrôler le déplacement du satellite. De la taille d’un vase, chaque caméra pèse 1,3 kg et a été fabriquée par la société allemande Jena-Optronik.
C’est une caméra hyperspectrale capable d’observer dans les longueurs d’ondes comprises entre 665 et 975 nm (visible et proche infra-rouge). Elle a été développée par la société néerlandaise Cosine Research afin de mesurer la composition minéralogiqueet les propriétés géologiques de l’astéroïde binaire.
C’est un imageur dans l’infrarouge thermique dont l’objectif est d’identifier les propriétés thermophysiques de Dimorphos : la distribution des températures de surface, l’inertie thermique et certaines propriétés géophysiques telles que la granularité de surface afin d’évaluer la porosité de Dimorphos. Il est fourni par l’agence spatiale japonaise, la JAXA.
C’est un lidar (altimètre laser) qui participera à la prise en charge de la navigation des engins spatiaux, du survol jusqu’à l’atterrissage. Il fournira également des données scientifiques, notamment les vitesses relatives de deux astéroïdes et pourra contribuer à l’estimation de la masse de Dimorphos. L’ensemble des données qu’il va recueillir contribuera à réaliser une topographie de surface de Dimorphos. Il a été développé par la société EFACEC (Portugal et Roumanie), Synopsis Planet (Portugal) et INOE (Roumanie).
C’est un transpondeur à bande-X qui permettra de communiquer avec le segment sol. Il sera utilisé pour l’expérience de radio science qui contribuera à la détermination de la masse de Dimorphos, du champ de gravité de l’astéroïde binaire, de l’état de rotation et des orbites en exploitant les mesures Doppler, les mesures de distances ainsi que les images optiques. L’expérience comprend également :
La proximité des CubeSats avec l’astéroïde binaire permettra d’obtenir des informations très précises telles que les masses et le champ de gravité des deux objets. L’ISL se chargera de transmettre ces données au vaisseau mère, resté à distance.
Développé par GomSpace Luxembourg SARL, ce CubeSat doit enregistrer des données géophysiques de Dimorphos, en particulier sa structure interne. Cette mesure est une première dans l’histoire des missions consacrées aux astéroïdes. Pour cela, Juventas va déployer quatre antennes grâce auxquelles l’instrument JuRa pourra effectuer un sondage radar de la structure interne et fournir des informations sur le degré d’hétérogénéité interne.
Dès lors, il sera possible de déterminer si Dimorphos est un agrégat dont l’intérieur est homogène, un monolithe ou un cœur rocheux entouré d’une couche de roches plus petites. Cela a des implications fortes sur la réponse de l’objet à l’impact de DART et sur les modèles de formation d’astéroïdes binaires.
En outre, les antennes de longueur adaptable permettront de calibrer le radar et des sonder l’intérieur de Didymos et Dimorphos à des altitudes progressives de 3km à 2km.
Les objectifs de Juventas sont de déterminer :
Il doit mesurer la gravité du plus petit objet céleste jamais visité par nos instruments, elle est estimée un million de fois moins élevée que celle de la Terre. Pour ce faire, Juventas doit se poser sur la surface de Dimorphos. C’est la première fois qu’un CubeSat va atterrir sur un corps aussi petit. De la taille de deux smartphones accolés en forme de L, GRASS pèse 330g et nécessite moins d’un demi- watt pour fonctionner. Il est développé par l’Observatoire royal de Belgique (ROB) et l’entreprise espagnole EMXYS.
C’est le plus petit radar basse fréquence de l’histoire spatiale et le premier à explorer la structure interne et la sous-surface d’un astéroïde. Son architecture minimaliste (un transmetteur, un filtre, un amplificateur pour la réception) lui permet de tenir dans une boîte cubique de 10cm de côté.
JuRa identifiera les structures géologiques internes de l’astéroïde telles que ses couches, les blocs rocheux les plus grands ou les zones vides, les variations significatives de densité ou de porosité. Il est développé par l’IPAG (Institut de Planétologie et d'Astrophysique de Grenoble) et l’Université technique de Dresde en collaboration avec la société luxembourgeoise Emtronix. Ces travaux sont soutenus par le CNES au niveau financier et opérationnel.
Développé par la société italienne Tyvak International, ce CubeSat doit enregistrer des images de l’astéroïde binaire Didymos (proche infrarouge et visible) et effectuer la détection et l’analyse des poussières qui pourraient être présentes dans l’environnement de l’astéroïde.
Les objectifs de Milani sont de :
Il pourra analyser la lumière réfléchie par les astéroïdes dans le proche infrarouge et le visible, avec une résolution proche du mètre. Il permettra d’identifier la composition minérale des astéroïdes grâce une couverture spectrale allant de 500 à 2500 nm (raie d’absorption pour Fe2+, Fe3+ ou encore H2O). Il est développé par VTT TEchnical Research Centre of Finland.
Il est capable de détecter la présence de particules inférieures à 10 micromètres, d’identifier des composés volatiles (eau) ou de la matière organique légère (chaines carbonées) et de surveiller la contamination moléculaire de l’environnement liée au dégazage du satellite ou de la mise en route des instruments. VISTA est développé par un consortium italien : INAF-IAPS (National Institute of Astrophysics Institute for Space Astrophysics and Planetology), CNR-IIA (National Council of Research - Institute of Atmospheric Pollution) et Politecnico di Milanodetect.
Le CNES sera impliqué dans les opérations des deux Cubesats à travers deux activités fortement liées mettant en œuvre des études de trajectoires et d’optimisation de programmation des instruments, du développement des logiciels opérationnels du Segment Sol d’Opérations :
Le CNES aura ainsi la responsabilité du pilotage des deux Cubesats, depuis Toulouse, en collaboration avec les autres centres d’opérations de l’ESA en Belgique et en Allemagne.
Pour aller plus loin, voici des liens vers des sites externes que vous pouvez consulter :
La Terre est continuellement bombardée par de nombreuses météorites, débris spatiaux et petits astéroïdes. Chaque année, près de 10 000 tonnes de matériaux tombent sur Terre, essentiellement sous forme de poussière.
Les astéroïdes qui croisent ou s’approchent de la trajectoire de la Terre sont appelés géocroiseurs. Leurs tailles vont de quelques mètres à quelques dizaines de kilomètres. Si la Terre venait à croiser un astéroïde dépassant 1 000 mètres de diamètre, les conséquences seraient catastrophiques. Ce sont notamment les poussières générées et diffusées dans l’atmosphère qui auraient la plus grave incidence.
Heureusement, 90% de ces géocroiseurs sont identifiés et aucun ne représente une menace pour le siècle à venir. Par ailleurs, leur fréquence d’impact est estimée à un tous les 500 000 ans en moyenne. Lorsque leur diamètre dépasse les 140 mètres, les géocroiseurs pourraient provoquer des dégâts à l’échelle régionale, autrement dit, ils atteindraient des zones habitées quelle que soit la région dans laquelle ils s’écrasent. Nous ne connaissons actuellement que 40% des géocroiseurs de ce gabarit, dont le nombre est estimé à environ 20 000, mais leur fréquence d’impact serait d’environ un tous les 10 000 ans.
Notre compréhension des processus en jeu lors des collisions entre un corps et un astéroïde repose sur des expériences d’impact réalisées en laboratoire avec des cibles de taille centimétrique.
Grâce aux données collectées par Hera, les équipes scientifiques vérifieront que les modèles numériques établis à partir d’expériences en laboratoire demeurent robustes à une échelle réellement pertinente, celle d’un astéroïde dans l’espace. En effet, les quelques missions qui ont précédé DART ayant pour destination un astéroïde ont montré à quel point des hypothèses échafaudées à partir de mesures terrestres peuvent se révéler fausses dans les conditions spatiales, en particulier dans l’environnement de très faible gravité d’un petit astéroïde.
Par exemple, en lançant à 2 km/s un objet en cuivre de 2kg sur l’astéroïde Ryugu le 5 avril 2019, la sonde japonaise Hayabusa 2 a généré un cratère beaucoup plus grand que ne le prédisaient les calculs scientifiques. L’objectif de ce bombardement était de prélever des échantillons des couches profondes mises à nu lors de l’impact artificiel. Toutefois, l’observation parallèle du cratère a mis en exergue notre méconnaissance des paramètres impliqués. On suppose désormais que cette erreur serait liée à la gravité de Ryugu qui, bien que très faible, influencerait davantage les caractéristiques du cratère que sa résistance mécanique.
Pour déterminer la fiabilité d’une méthode de défense par impact cinétique, il faut en connaître les effets. C’est donc ce que propose Hera en explorant avec précision le couple Didymos-Dimorphos et les effets consécutifs à l’impact de la mission américaine DART.
Hera va illustrer brillamment le leadership de l’Europe dans la défense planétaire et l’exploration scientifique des petits corps, des thèmes fascinants dans la lignée de la mission Rosetta.
Les astéroïdes sont d’excellents traceurs de l’histoire de notre Système solaire car ils conservent la composition des roches dont sont issues les planètes. En revanche, leur structure évolue constamment du fait des nombreuses collisions qui ont donc un rôle clé dans le Système solaire.
Mesurer la masse de Dimorphos
Observer le cratère d’impact de DART
Mesurer les effets de l’impact de DART
Mesurer les propriétés surfaciques et internes de Dimorphos
En ciblant un couple d’astéroïdes composé d’un corps principal, Didymos (730m de diamètre) et sa lune, Dimorphos (150m de diamètre), Hera va caractériser pour la première fois un système binaire. Ce type d’astéroïde représente 15% des géocroiseurs. Leur étude constitue un intérêt pour la défense planétaire mais aussi pour la science car ils demeurent à ce jour inexplorés.
Ce couple d’astéroïdes a été choisi pour plusieurs raisons : tout d’abord, Dimorphos tourne très lentement autour de son corps principal (en moyenne 18,5cm/s), ce qui peut conduire à une déviation marquée de sa trajectoire autour de celui-ci en cas de collision. C’est bien ce qui s’est produit lorsque DART, un impacteur de 580kg l’a percuté à la vitesse de 6km/s. Par ailleurs, la trajectoire de Didymos permettait de choisir d’impacter son satellite à un moment où le couple d’astéroïdes passe assez près de la Terre pour que les observatoires terrestres puissent mesurer le changement consécutif à la collision.
Le couple Didymos-Dimorphos est un géocroiseur (NEA, Near-Earth Asteroid) de type spectral S (S pour silicaté), découvert en 1996.
Avant le crash de DART, Dimorphos avait une période de 11h55min autour de Didymos qui a été réduite à 11h22min par l’impact.
L’objectif d’Hera est de déployer ses instruments à proximité de Didymos afin de :
La sonde Hera a été lancée le 7 octobre 2024 par Falcon 9 (SpaceX) depuis le Centre Spatial Kennedy (États-Unis). Après plusieurs mois de voyage interplanétaire, un survol de Mars pour assistance gravitationnelle est prévu en mars 2025. Lors de ce survol, un passage au plus près de Deimos, la seconde lune de Mars, est prévu, notamment en partenariat avec la JAXA dans le cadre de la mission MMX.
Plusieurs mois de voyage supplémentaires seront encore nécessaires avant l’arrivée de la sonde à proximité du couple d’astéroïdes Didymos-Dimorphos en octobre 2026. La mission scientifique commencera en décembre de la même année, pour une durée de 6 mois.
Voici le déroulé prévisionnel de la mission scientifique de la « sonde-mère »-’Hera à partir de décembre 2026 :
La mission (la sonde, les CubeSats, les opérations, certains instruments et le lanceur) est développée et financée dans le programme Sécurité de l’Espace de l’ESA. L’imageur dans l’infrarouge thermique (TIRI) est une contribution de l’agence spatiale japonaise, la JAXA. L’accompagnement scientifique a été financé par le projet NEO-MAPP sélectionné par le programme Horizon 2020 de l’Union européenne jusqu’en mai 2023. Le CNES a soutenu la mission.
Participations du CNES :
L’équipe scientifique de la mission ESA est structurée de la façon suivante :
