Le Programme Voyager en route vers linfini Par

  • Slides: 35
Download presentation
Le Programme Voyager : en route vers l’infini Par Justine Brunet

Le Programme Voyager : en route vers l’infini Par Justine Brunet

Débuts 60 s’ - Les prémices du projet Années 60 s’ : débuts de

Débuts 60 s’ - Les prémices du projet Années 60 s’ : débuts de l’ère spatiale, l'exploration du Système solaire se limite à l'envoi de sondes spatiales vers les planètes externes. Les sondes ne sont pas suffisamment sophistiquées et la technologie développée pour permettre un fonctionnement sur plusieurs années et sur de très longues distances. En 1961, Michael Minovitch (Stagiaire au sein du JPL) découvre que la gravité de Jupiter peut être utilisée pour faire accélérer les sondes vers les planètes plus lointaines. Ce qui permet le survol des planètes externes en une seule mission. Trois ans plus tard, Gary Flandro également du JPL, constate une conjonction unique des planètes qui doit se produire entre 1976 et 1978. Cette configuration ne se reproduit que tous les 176 ans. La NASA décide de concevoir une sonde spatiale pouvant profiter de cette conjonction.

1966 - Le projet Grand Tour En 1966, dans l'euphorie des succès du programme

1966 - Le projet Grand Tour En 1966, dans l'euphorie des succès du programme Apollo, la NASA met sur pied le programme Grand Tour qui prévoit le lancement de 5 grandes sondes pour survoler les planètes éloignées du Système solaire. => Projet de fabrication d’une nouvelle famille de sondes baptisées TOPS « Thermoelectric Outer Planets Spacecraft » . => Le coût du programme est compris entre 750 et 900 millions de dollars auxquels il faut ajouter 106 millions US$ pour le lancement. Risques d’annulation : • Récession économique : forte réduction des budgets accordés à la NASA, • Baisse de l’intérêt de l’opinion publique et du gouvernement d’investir dans la compétition avec l’URSS, • Le programme est en concurrence avec d’autres projets internes (Hubble, Navette spatiale américaine, programme Viking). Malgré cela la communauté scientifique donne son appui pour maintenir le projet en proposant un investissement commun avec le programme de la Navette spatiale Malgré cela, le projet est refusé, le gouvernement donnant davantage son appui à la Navette. => Au final, deux petites sondes (Mariner 11 et 12) pourront survoler les deux premières planètes externes. Leur lancement est prévu en 1977.

1972 - Les débuts du projet « Mariner Jupiter/Saturn 1977 » Début du projet

1972 - Les débuts du projet « Mariner Jupiter/Saturn 1977 » Début du projet : en juillet 1972. Projet à faible coût : 360 M€ contre 1 B€ du projet initial « Grand Tour » . Durée de fonctionnement des sondes : 4 ans (contre 10 ans prévus initialement pour le programme « Grand Tour » ). Projet confié en interne au JPL pour réduire les coûts et garder l’expertise dans la construction des sondes planétaires. => Edward C. Stone, Physicien du California Institute of Technology, est nommé Responsable de la mission (il sera nommé Directeur du JPL en 1991). 11 équipes scientifiques travaillent sur le projet, dont le but reste de pouvoir découvrir Uranus et Neptune ! En 1973, les lancements des sondes Pionner 10 et 11, lancées en 1972 -73, chargées de reconnaître le parcours, permet de connaitre la composition chimique des planètes. Grâce à elles : 1 er franchissement de la ceinture d’astéroïdes, premières photos rapprochées et mesures scientifiques des systèmes Jovien et Saturnien, identification des principales lunes qu’on pensait être des boules de glace, identification de passages sûrs entre les anneaux de Saturne.

1975 - Fabrication des sondes Construction sur la base des sondes Mariner. Caractéristiques très

1975 - Fabrication des sondes Construction sur la base des sondes Mariner. Caractéristiques très proches des engins initialement destinées au projet Grand Tour. Amélioration des instruments scientifiques : • Durée des batteries portée à 10 ans. • +7 M€ pour fabriquer un ordinateur reprogrammable. 95% Silicium et d’aluminium. Masse totale : 800 kg. Taille d’un mini bus

L E S I N S T R U M E N T S

L E S I N S T R U M E N T S C I E N T I F I Q U E S

Les instruments Antenne parabolique de 3. 66 m (max pour l’époque). Corps principal à

Les instruments Antenne parabolique de 3. 66 m (max pour l’époque). Corps principal à 10 côtés Perches et extensions + 2 bras Propulsion et correction de trajectoire : 16 petits moteurs-fusées utilisant de l’hydrazine (90 kg), situés dans le corps central de la sonde. 2 pour faire pivoter la sonde + 2 pour l’accélérer ou la freiner + 8 moteurs de secours. Axe de rotation dont les senseurs sont fixés sur l’étoile Canopus et à l’occasion de Rigel. Energie : 3 Générateurs thermodermiques (RTG) avec plutonium embarqué choisis à la place des panneaux solaires, peu efficaces à une grande distance du soleil.

Informatique embarquée : 3 ordinateurs en 2 exemplaires • l'ordinateur principal est le CCS

Informatique embarquée : 3 ordinateurs en 2 exemplaires • l'ordinateur principal est le CCS (Computer Command System) : interpréter et faire exécuter les instructions envoyées par le centre de contrôle sur Terre et traiter les anomalies de fonctionnement. • ACCS (Attitude and Articulation Control Subsystem) : Contrôler l'orientation de la sonde spatiale et d'effectuer les corrections de trajectoire. • FDS (Flight Data System) : modifier la configuration des instruments scientifiques, le débit des télémesures et fournir des instructions aux nombreux autres soussystèmes. FDS + Les données scientifiques qui ne peuvent pas être transmises directement vers la Terre sont stockées sur un enregistreur à bande magnétique DTR (Digital Tape Recorder). Qui peut stocker l’équivalent de 12 photos.

Fixées sur la plateforme orientable : • Caméra couleur grand angle, • Caméra standard.

Fixées sur la plateforme orientable : • Caméra couleur grand angle, • Caméra standard. 3 détecteurs de particules destinés à l'étude des rayons cosmiques, du vent solaire et des magnétosphères de Jupiter, Saturne, Uranus et Neptune : • le capteur de rayons cosmiques CRS (Cosmic Ray System), • le détecteur de plasmas (PLS), • le capteur de particules faible énergie LECP (Low Energy Charge Particle). Le magnétomètre MAG mesure les variations du champ magnétique solaire et étudie les champs magnétiques des planètes rencontrées et leurs interactions avec les satellites ou anneaux. 2 récepteurs d’ondes radio : à l'écoute des signaux radio émis par le Soleil, les planètes, les magnétosphères : • le récepteur radio astronomique de planète PRA (Planetary Radio Astronomy), • le récepteur d'ondes émises par les plasmas PWS (Plasma Wawe Investigation).

Le photopolarimètre PPS (Photopolarimeter System) mesure l'intensité et la polarisation de la lumière. Il

Le photopolarimètre PPS (Photopolarimeter System) mesure l'intensité et la polarisation de la lumière. Il détermine la composition des atmosphères de Jupiter et de Saturne ainsi que de leurs anneaux, la texture et la composition probable des surfaces de leurs satellites… Durant les survols planétaires, il est utilisé pour la recherche des éclairs et des aurores. L’interféromètre, spectromètre, radiomètre infrarouge IRIS (Infrared Interferometer Spectrometer) détermine la température d'un corps, repère la présence de certaines substances dans une atmosphère ou sur une surface et mesure la proportion de la lumière solaire reçue par un corps est réfléchie par ce dernier. Le spectromètre ultraviolet UVS (Ultraviolet Spectrometer) détecte la présence de certains atomes ou ions, ces derniers absorbant certaines fréquences de lumière. Au total 143 Kg de matériel

Le disque doré : Idée de l’astronome Carl Sagan. Plaque Pioneer 6 semaines, budget

Le disque doré : Idée de l’astronome Carl Sagan. Plaque Pioneer 6 semaines, budget 25 K€. Idée initiale d’une plaque métallique comme sur les sondes Pioneer 10 et 11. Mais c’est finalement l’idée du disque microsillons , pensée par Fran Drake, qui est privilégiée. Contenu : 1 h 30 de 27 musiques représentatives de plusieurs cultures + 30 minutes de sons provenant de la Terre + photos encodées de la Terre. Messages de salutation dans toutes langues. Fourni avec une tête de lecture et un mode d’emploi. Schéma gravé sur le couvercle du disque indiquant la position de la Terre dans le Système Solaire.

1977 - Le lancement Lancement le 20 août 1977 par une fusée Titan-Centaur, à

1977 - Le lancement Lancement le 20 août 1977 par une fusée Titan-Centaur, à Cap Canaveral. D’abord Voyager 2 puis Voyager 1 le 5 septembre (plus rapide, qui le dépassera en décembre 77). Lancement difficile : La sonde V 2 se met en stand by durant 2 jours car trop secouée par les vibrations lors du lancement. Rectification des instruments de télémesure sur Voyager 1. Fuite du lanceur Voyager 1. Manque de plusieurs centaines de litres au décollage. (Il restait 3. 5 secondes de poussée avant la panne).

Le début de l’aventure Spatiale Jupiter Uranus Saturne Neptune

Le début de l’aventure Spatiale Jupiter Uranus Saturne Neptune

Jupiter Arrivée de Voyager 1 en Mars 1979, 18 mois après le lancement. Distance

Jupiter Arrivée de Voyager 1 en Mars 1979, 18 mois après le lancement. Distance de la Terre : 600 Mkm Durée de la phase de survol : 1 semaine, 24 h/24. Une image prise toutes les 48 secondes Taille : plus de 1300 X celle de la Terre Composition : surface, hydrogène et hélium. Centre, gaz comprimés et bouillants. Photographie de la Grande tache rouge (vortex) découverte par Cassini en 1665. Peur que les axes de rotation gèlent en se rapprochant pour voir les lunes : les équipes utiliseront du papier d’aluminium non « protocolaire » pour protéger le matériel. Ultrasons captés par les instruments du fait de la radioactivité. Sans doute des sifflements/éclairs.

Les lunes Découverte de Thébé, de Métis et d’Astradée, trois petites lunes. Les 4

Les lunes Découverte de Thébé, de Métis et d’Astradée, trois petites lunes. Les 4 satellites galiléens : Callisto : Comme la lune, avec des cratères d’impacts. Ganymède : Idem. Plus grand satellite du Système solaire. Thébé Métis Astradée Europe : Surface très lisse, composée de glace (2 à 3 X plus que les océans terriens). Io : Découverte au hasard, les scientifiques ont d’abord cru qu’il y avait un autre satellite derrière Io. Constatation d’une activité volcanique 100 x > à celle de la Terre (alors que seule la Terre était connue pour son activité volcanique). Anneaux de Jupiter visible en contre exposition, lors de l’éloignement de la sonde. Accélération à 56 K km/h grâce à l’assistance gravitationnelle.

Europe Ganymède CALISTO Io Io

Europe Ganymède CALISTO Io Io

Saturne Arrivée de Voyager 1 en Automne 1980, soit 3 ans après le lancement.

Saturne Arrivée de Voyager 1 en Automne 1980, soit 3 ans après le lancement. Distance : 1. 5 B km. 1ères images identiques à celles prises depuis la Terre. Découverte des anneaux composés de milliards de particules Photographie de toutes les principales lunes de Saturnes : • Rhéa, Japet, Dioné, Téthys. Découverte de Atlas, Prométhé et Pandore. Atlas Prométhée Pandore Découverte de l’Hexagone de Saturne, qui occupe le pole nord de Saturne.

Mission Titan. Alias Saturne VI, situé à 1. 2 M km de Saturne. Découverte

Mission Titan. Alias Saturne VI, situé à 1. 2 M km de Saturne. Découverte par Huygens. Le plus grand satellite de Saturne, plus grand que Mercure. Et second plus grand satellite du Système solaire. Est la seule lune pourvue d’une atmosphère dense (>200 km). Mission primordiale : explorer Titan pour étudier les origines de la Terre. Deux scénarios possibles : • Si Voyager 1 réussissait son exploration de Titan, 9 mois après, Voyager 2 pouvait continuer vers Uranus et Neptune. • Si Voyager 1 ne réussissait pas son exploration de la lune, alors Voyager 2 devait aller sur Titan car impossible de reconfigurer la trajectoire de Voyager 1, alors trop éloignée de Saturne poursuivre la mission vers les 2 planètes restantes. La mission Cassini-Huygens, percera en 2004 le secret du satellite (photos ci-contre). Voyager 1 peut donc quitter le plan de l’écliptique poursuivre sa route à l’écart des planètes. Les autorités acceptent la pour suite de la mission par Voyager 2.

Uranus Arrivée de Voyager 2 en Janvier 1986, soit 9 ans après le lancement.

Uranus Arrivée de Voyager 2 en Janvier 1986, soit 9 ans après le lancement. Distance 3 B km de la Terre. Sans assistance gravitationnelle, il aurait fallu 30 ans pour y arriver. C’est la première planète jamais atteinte par un vaisseau spatial. A partir de ce moment les équipes scientifiques improvisent : • Reprogrammation des logiciels • Ouverture de l’obturateur H 24 pour caper le plus de lumière possible Première photo prise à 82 K km La planète se présentait comme une cible car axe de rotation incliné (cf. photo ci-après). . Les instruments montrent que le pôle magnétique de la planète et son axe de rotation sont pratiquement dans le plan de l'écliptique. La sonde se rapprochant très vite de Saturne, les scientifiques vont être surpris lors de la réception d’images noires. En sortant de derrière la planète, le bras articulé reste gelé durant 48 h.

Miranda Puck, Miranda, Ariel, Umbriel, Titania et Obéron Direction Miranda, qui n’est pas la

Miranda Puck, Miranda, Ariel, Umbriel, Titania et Obéron Direction Miranda, qui n’est pas la plus grosse lune de Saturne mais qui a l’avantage de se trouver sur le bon axe pour permettre à Voyager 2, en utilisant son orbite, d’aller vers Neptune. Lune très spéciale : « un drôle de truc » diront les scientifiques. Irrégulière. Avec des entailles de 10 km de haut. Très faible gravité. Grosse conférence de presse prévue le 28 janvier 1986 pour communiquer sur tous les résultats scientifiques récoltés par les instruments scientifiques.

Neptune Arrivée en 1989, soit 12 ans après le lancement. Distance : 4. 8

Neptune Arrivée en 1989, soit 12 ans après le lancement. Distance : 4. 8 B km de la Terre soit > 30 UA (lorsque les sondes ont été lancées en 1977, aucun moyen n’existait pour envoyer et recevoir de l’information au-delà de 30 UA). Reprogrammation de la sonde pour fonctionner dans cet environnement plus sombre et plus froid. Utilisation des 27 antennes du radio télescope du nouveau Mexique pour capter les signaux alors très faibles. Découverte de la grande tâche sombre. La sonde réussie à capter les anneaux de Neptune dans une lumière 1000 x plus faible que sur Terre et dans le noir total, en laissant exposer 10 minutes chaque objectifs.

Triton Neptune étant la dernière planète, les scientifiques pouvaient prendre n’importe quelle trajectoire. Envie

Triton Neptune étant la dernière planète, les scientifiques pouvaient prendre n’importe quelle trajectoire. Envie d’aller explorer Triton, située sur l’orbite basse, en survolant le Pôle Nord. Trajectoire très précise : effleurer la surface de Neptune à quelques milliers de km (4800). La moindre erreur de calcul est fatale : • Si trajectoire trop descendante risque de s’approcher trop près de l’atmosphère de Neptune et de rentrer dans les gaz chargés de particules (prendre feu). • Si trajectoire pas assez descendante risque de percuter Triton. Au final la sonde arrive à quelque milliers de km du point initialement visé par les scientifiques. Photographie de l’hémisphère Sud recouverte de glace d’azote. Problème d’alignement des photos (cf. photos ci-après) pour rétablir l’image globale mais en passant les images au stéréoscope pour les mettre en 3 D découverte de geysers noir qui jaillissent à des kilomètres de la surface. Constat : Triton est sous influence solaire malgré la distance. Photographie de Triton et Neptune en quittant la dernière planète 3 jours après le départ.

Pot de départ Fin de l’aventure planétaire. Mission réussie. Organisation d’un concert d’adieu au

Pot de départ Fin de l’aventure planétaire. Mission réussie. Organisation d’un concert d’adieu au labo : pot de départ des sondes Voyager. Chuck Berry, présent, a interprété Johnny be good.

Le portrait de famille A 6 B de km de la Terre, Carl Sagan

Le portrait de famille A 6 B de km de la Terre, Carl Sagan a l’idée de retourner Voyager 1 vers le Soleil pour prendre une dernière photo de chaque planète. Désaccord des équipes scientifiques. Après plusieurs années d’obstination, il obtient cependant l’accord de l’administrateur de la NASA pour mandater le labo de prendre les clichés. Prise des photos le jour de la Saint Valentin 1990. A plus de 40 UA. Le portrait de famille : La mosaïque réalisée par l'assemblage des 60 photos prises à cette occasion montre 6 planètes sur un fond de ciel indiquant leurs positions relatives.

Six planètes sont visibles sur la mosaïque ; ce sont de gauche à droite

Six planètes sont visibles sur la mosaïque ; ce sont de gauche à droite : Jupiter, la Terre, Vénus, Saturne, Uranus et Neptune. Mercure, trop près du Soleil, n'est pas visible, et Mars ne put être détectée par les caméras en raison de la diffusion de la lumière solaire par les optiques des caméras. Quant à Pluton, sa distance au Soleil et sa petite taille la rendait trop sombre pour être photographiée. VENUS SATURNE TERRE URANUS JUPITER NEPTUNE

Idem en 2010 Une image analogue, mais obtenue à partir du système solaire interne,

Idem en 2010 Une image analogue, mais obtenue à partir du système solaire interne, a été prise 20 ans plus tard, en Novembre 2010, par MESSENGER.

Déprogrammation des appareils Au cours des années suivantes, des instruments et des équipements sont

Déprogrammation des appareils Au cours des années suivantes, des instruments et des équipements sont progressivement éteints pour faire face à la désintégration progressive du plutonium des RTG. Les instruments de télédétection utilisés essentiellement pour observer planètes et lunes ont été les premiers mis hors service : les caméras ISS en 1990 et le spectromètre infrarouge IRIS en 1998.

1990 - Nouveau programme : Mission Intersellar Voyager (MIV) Février 1998 : La sonde

1990 - Nouveau programme : Mission Intersellar Voyager (MIV) Février 1998 : La sonde spatiale dépasse Pionner 10 et devient l’objet le plus éloigné de la Terre. Décembre 2004 : Les instruments détectent de fortes perturbations. La sonde spatiale V 1 est la 1ère création humaine à franchir le choc terminal et à pénétrer dans l‘Héliogaine, une région de l'espace où le vent solaire est ralenti par le milieu interstellaire. V 2 le franchi en Août 2007.

En 2006 : V 1 dépasse la barrière symbolique des 100 UA, soit 15

En 2006 : V 1 dépasse la barrière symbolique des 100 UA, soit 15 Bkm. 2012/ 2013 : de 121 UA (soit 18 B km de la Terre). Le milieu interstellaire a été franchi. V 1 sort de la zone d’influence magnétique du Soleil pour passer dans l’espace interstellaire. Elle reste cependant dans sa zone d’influence gravitationnelle. La sonde spatiale va effectuer les premières mesures directes des conditions physiques prévalant dans le milieu interstellaire, lesquelles devraient donner des indices cruciaux sur l’origine et la nature de l’Univers à grande échelle. Voyager 1 va pouvoir mesurer en particulier les caractéristiques des rayons cosmiques bloqués en grande partie par l'héliosphère. Grâce à l’instrument PWS, encore en activité

Aujourd’hui En 2017. Voyager 1 est à 140 UA de la Terre soit 21

Aujourd’hui En 2017. Voyager 1 est à 140 UA de la Terre soit 21 B de km. Il faut 18 h pour faire parvenir un signal depuis la Terre. Il reste encore 20 kg de carburant. Voyager 1 voyage à la vitesse de 17 km/s (15 pour V 2), et s'éloigne du Soleil à une vitesse de 3, 5 ua (environ 500 millions de kilomètres) par an. Elle se dirige vers l'apex solaire, c'est-àdire le groupe d'étoiles vers lequel se dirige le Système solaire lui-même. Dans quarante mille ans, la sonde doit passer à 1, 7 al d'une étoile mineure, AC+79 3888, située dans la constellation de la Girafe. . A compter de 2020, les derniers instruments scientifiques devront soit être éteints progressivement soit fonctionner de manière alternée. Voyager 1 ne sera plus capable de collecter et transmettre de données audelà de 2025

Projection de trajectoire

Projection de trajectoire

SOURCES v Photographies : • NASA website • JPL website • Divers sites en

SOURCES v Photographies : • NASA website • JPL website • Divers sites en ligne v Documentation : • « Dialogue sous le ciel étoilé » , J-P Luminet & H. Reeves, • Documentaire Arte : « Sondes Voyager : en route vers l’infini » , • Wikipédia • Futura Sciences Magasine v Vidéo : • NASA website