L'Europe s'envole pour Mercure - Ce qu'il faut savoir sur la mission BepiColombo

L'Agence spatiale européenne (ESA) a lancé sa mission BepiColombo sur la planète Mercury depuis son port spatial situé près de l'équateur à Kourou, en Guyane française, le 20 octobre. Mon implication dans la mission signifie que je suivrai avec angoisse le voyage alors que le vaisseau spatial transporte une série de manœuvres délicates menant à son approche finale de Mercure en 2025.

Cette mission intervient 25 ans après qu'un groupe de scientifiques a proposé à l'ESA d'envoyer une sonde à Mercury, et 18 ans après que l'ESA ait approuvé le projet en tant que mission «fondamentale». C’est la catégorie des missions de classe mondiale, scientifiquement excellentes, qui nécessitent un développement technologique important. Les missions précédentes de l'ESA en pierre angulaire comprennent la mission comète Rosetta et l'observatoire des ondes gravitationnelles de LISA Pathfinder.

Mais pourquoi Mercure? C'est une planète déroutante. L’orbiteur MESSENGER de la NASA (2011-2015) a révélé de nombreuses raisons pour lesquelles les scientifiques souhaitent en savoir plus à ce sujet. Celles-ci incluent le noyau anormalement grand de la planète - nous ne savons pas pourquoi elle est encore fondue et capable de générer un champ magnétique, contrairement à celle de Mars ou de Vénus. Un autre mystère est l'abondance de substances volatiles (en grande partie non identifiées) à sa surface. Celles-ci n'auraient pas dû être intégrées à une planète aussi proche du soleil que Mercure.

La science de fusée

La trajectoire initiale de BepiColombo, après trois jours de orbite autour de la Terre pour effectuer des vérifications, sera une orbite elliptique autour du soleil. Cela commencera par le prendre à l’intérieur de l’orbite terrestre. Mais au début de 2019, il passera à l'extérieur pendant la majeure partie de l'année. Il reviendra ensuite à l'intérieur avant de se rapprocher de la Terre en avril 2020.

À ce moment-là, il effectuera un survol assisté par la gravité, utilisant la gravité terrestre pour se diriger vers Vénus. Il y aura également un survol gravitationnel de Vénus quand il arrivera là-bas en 2020, suivi d'un autre en 2021 pour l'envoyer vers Mercure. Ensuite, il y aura une série de six survols similaires de Mercury en 2021-2025, nécessaires pour que le vaisseau spatial se rapproche finalement de sa cible à une vitesse suffisamment lente pour être capturée en orbite autour de lui en décembre 2025.

Chaque survol, montré dans l'animation ci-dessus, doit être exécuté parfaitement. Les choses pourraient mal se passer, en particulier lors du lancement, mais j’ai toute confiance dans les capacités de l’équipe de contrôle des vols de l’ESA à Darmstadt, en Allemagne.

Vaisseau spatial empilé

La mission, nommée en mémoire de Giuseppe (Bepi) Colombo, qui avait proposé les premiers survols par gravité pour les engins spatiaux, est une entreprise commune de l'ESA et de son homologue japonais, JAXA.

Le vaisseau spatial empilé porte deux orbiteurs. L’ESA est une unité de deux mètres de long, d’une masse supérieure à une tonne, appelée Mercury Planetary Orbiter, MPO. Je soupçonne qu'après avoir commencé à tourner autour de Mercure, il héritera du nom de BepiColombo, ou peut-être simplement de Bepi. L’orbiteur japonais est plus petit et sa masse représente environ un quart de l’orbite de l’ESA. Initialement appelé MMO, le Mercury Magnetospheric Orbiter, il a reçu en juin le nom de Mio, qui en japonais porte des connotations de sécurité de la navigation. Pendant la croisière à destination de Mercury, Mio sera logé dans un pare-soleil et attaché à l’un des côtés de l’orbiteur européen.

De l'autre côté de l'orbiteur se trouve le module de transfert de mercure, MTM. Ceci est exploité par l'ESA et fournit la propulsion pour amener le vaisseau spatial empilé jusqu'à son orbite à Mercure. Il possède une «aile» de panneaux solaires de 7,5 mètres de long, dont le rôle est de transformer la lumière solaire en électricité pour alimenter son «entraînement ionique». Il s’agit d’un dispositif de propulsion qui génère une poussée en accélérant le xénon chargé positivement (par dépouillant ses atomes d'électrons). Cette technique peut fournir beaucoup plus de poussée par masse de carburant que les fusées chimiques classiques.

L’énorme gravité du soleil signifie qu’il faut plus d’énergie pour entrer dans une orbite stable autour de Mercure que pour envoyer le même engin spatial vers Pluton, beaucoup plus lointain. Pour cette raison, la commande à ions fonctionnera à des intervalles équivalant à environ la moitié de la durée de la croisière, principalement pour ralentir le véhicule spatial.

Malheureusement, la configuration empilée de l'engin spatial combiné l'empêche de faire de la science lors des survols planétaires. Certaines données scientifiques seront collectées, mais les meilleures images que nous aurons probablement lors des flybys proviendront des caméras selfie montées sur le MTM.

Arriver à Mercure

À son arrivée à Mercury fin décembre 2025, le module de transfert sera détaché. Mio, tournant à 15 tours par minute pour la stabilité, sera alors libéré sur une orbite fortement elliptique autour de Mercure. Dès que cela se produira, la JAXA prendra en charge les opérations Mio et la guidera dans ses tâches, en étudiant le champ magnétique de la planète et l'environnement spatial associé.

L’orbiteur de l’ESA larguera ensuite le pare-soleil, son dernier obstacle, et utilisera ses propres propulseurs chimiques pour parvenir à une orbite plus circulaire et plus circulaire autour de Mercure. À partir de là, il étudiera la surface de la planète en utilisant un assortiment de caméras et d’autres instruments. Cela devrait permettre de mieux détailler la composition et l’histoire géologique du MESSENGER, plus petit et moins complexe. L’orbiteur sera également équipé d’un magnétomètre, ce qui permettra à Mio et à lui-même de signaler les conditions magnétiques simultanément à deux endroits - une première importante pour une mission dans l’espace lointain qui devrait nous informer sur la vitesse à laquelle les perturbations traversent le champ magnétique de la planète.

C’est excitant de penser que BebiColombo pourrait transformer notre connaissance de Mercure en quelques années seulement. Et en attendant, à partir du 23 octobre, vous pourrez écouter de la belle musique évocatrice inspirée par la planète dans le cadre du projet Planets 2018. Il a été créé pour commémorer le centenaire de la suite Planets de Gustav Holst avec une musique inspirée par la science des planètes.

Cet article a été publié à l'origine sur The Conversation par David Rothery. Lisez l'article original ici.