6 Août 2014

Rosetta rejoint la comète Churyumov-Gerasimenko après un périple de 10 ans

Après un voyage de 10 ans dans l’espace, la sonde Rosetta est désormais en orbite autour de la comète Churyumov-Gerasimenko. Mission de tous les records, c’est aussi la première fois de l’histoire qu’un véhicule spatial effectue un rendez-vous avec une comète, avec pour objectif d’y déposer un atterrisseur, Philae.

Pour Jean-Yves Le Gall, Président du CNES, « C'est un rendez-vous historique et une grande première scientifique mondiale, attendus avec impatience depuis 10 ans par la communauté spatiale mondiale. Rosetta a été positionnée aujourd'hui en orbite autour de la comète Churyumov-Gerasimenko. Place désormais à la partie scientifique de la mission, qui verra son point d'orgue en novembre, lorsque l’atterrisseur Philae se posera sur le noyau de la comète. Le CNES est particulièrement fier d'avoir été impliqué dès son origine, il y a plus de 20 ans, dans cette aventure exceptionnelle qui a pu exister grâce à l'ESA, l'Agence spatiale européenne. Les contributions de la France sont multiples, puisqu'elles ont porté sur plusieurs des instruments embarqués, mobilisant plus de 80 scientifiques issus du CNES et de 17 laboratoires du CNRS, de l'Observatoire de Paris et de différentes universités, celles de Grenoble, de Paris Sud et d'Orléans notamment. L’atterrisseur Philae, conçu en coopération avec nos homologues allemands, sera la vedette des opérations de novembre et il est l’exemple même de l’excellence française. Au total, ce sont près de 250 millions d’euros qui ont été investis par la France au cours des deux dernières décennies, dans ce programme sans précédent dont les retombées scientifiques seront considérables ».

Depuis son lancement par Ariane 5, le 2 mars 2004 du port spatial de l’Europe à Kourou, Rosetta a parcouru plus de 6 milliards de kilomètres. Au cours de ce voyage, elle a parcouru quatre orbites autour du Soleil et s’est approchée trois fois de la Terre et une fois de Mars pour accélérer sa course vers la comète Churyumov-Gerasimenko. Elle a aussi survolé les deux astéroïdes Steins et Lutetia. Pendant la partie de l’orbite la plus éloignée du Soleil, alors qu’elle se dirigeait vers l’orbite de Jupiter, Rosetta a été placée en hibernation durant 31 mois. Son réveil est intervenu le 20 janvier dernier, alors qu’elle revenait en direction du Soleil et qu’elle continuait sa poursuite de la comète.

Aujourd’hui, Rosetta est pratiquement arrivée à destination, en position quasi-stationnaire à 100 km du noyau de la comète. Elle doit désormais diminuer graduellement sa distance et la véritable mise en orbite aura lieu à partir de mi-septembre, quand Rosetta sera à 60 km d’altitude, dans le champ de gravité du noyau de la comète. De mi-septembre à mi-novembre, l’altitude devrait encore diminuer avec une phase d’observation globale à 30 km et une phase d’observation rapprochée destinée à observer les zones d’atterrissage et repérer les rochers éventuels. Cette phase d’observation rapprochée ne s’effectuera que si la comète n’est pas trop irrégulière et trop active en termes de dégazage. Une fois séparée de Philae, Rosetta accompagnera la comète autour du Soleil, au-delà de son passage au plus près de celui-ci, à la mi-août 2015. La fin de la mission nominale est prévue en décembre 2015, mais pourrait être étendue au-delà si la sonde est en bon état. Quant à Philae, il se posera sur le noyau de la comète aux environs du 11 novembre 2014.

La mission de Philae : se poser sur le noyau de la comète Churyumov-Gerasimenko
Depuis le mois de juillet, une activité intense de cartographie du noyau cométaire a commencé, afin de sélectionner le site d’atterrissage et déterminer la procédure de largage, qui sera très délicate sur un noyau dont la forme et le relief ne sont pas connus et dont l’activité est difficile à prévoir : peuvent en effet survenir des émissions sporadiques de jets de gaz et de poussières. L’atterrissage de Philae est donc certainement la partie la plus critique de la mission Rosetta.
Avec ses 10 instruments scientifiques, Philae va jouer un rôle déterminant en se posant sur le noyau. Le défi jamais relevé jusqu’à présent porte sur l’analyse sur place du sol de la comète, en particulier les composés organiques extrêmement complexes prélevés par la foreuse. Car dès qu’ils s’échappent, entrainés dans les gaz et les poussières, ils sont détruits par le rayonnement ultraviolet du Soleil. La radiographie de l’intérieur de la comète est un autre challenge important pour comprendre sa formation. Pour Philae, l’essentiel se jouera durant les deux jours et demi qui suivront sa séparation de Rosetta. Cette période relativement brève correspond à la durée pendant laquelle il fonctionnera en utilisant l’énergie fournie par sa pile. Elle permettra de réaliser la première séquence scientifique qui sera suivie, une fois la pile épuisée, par une étude scientifique de long terme qui reposera sur l’énergie délivrée par la batterie rechargée par les panneaux solaires de Philae. De son côté, Rosetta poursuivra son étude de la comète à distance et ultérieurement, elle effectuera une série de survols du noyau.

Une forte participation française
Mission internationale menée sous la responsabilité de l’ESA, Rosetta bénéficie d’une forte participation française. Depuis les études préliminaires jusqu’aux opérations en passant par la fourniture d’instruments et de composants, le CNES tient sa place d’expert auprès non seulement de 300 scientifiques et ingénieurs français, mais aussi de ses partenaires internationaux. La France est, avec l’Allemagne, le plus gros contributeur. C’est pourquoi le CNES a soutenu techniquement et financièrement les laboratoires spatiaux français impliqués dans le projet (IAS, IPAG, IRAP, LAM, LATMOS, LESIA, LPC2E) et a été le garant de la fourniture des nombreux équipements scientifiques. Sur Philae, le DLR (agence spatiale allemande) a la responsabilité du centre de contrôle (LCC à Cologne) et le CNES du centre de mission scientifique (SONC à Toulouse). Le SONC assure la planification des opérations scientifiques des 10 instruments, la recherche des sites d’atterrissage de Philae par le calcul de trajectoires de descente, de l’ensoleillement et des transmissions avec Rosetta, puis la détermination du lieu et de la position d’atterrissage une fois Philae arrimé à la surface. Enfin, le CNES a eu la responsabilité du développement de deux sous-systèmes de la plateforme (les piles et batteries lithium/ion ainsi que le système de communication entre Philae et Rosetta).

Un projet mené en coopération avec l’Allemagne
Philae est géré dans le cadre d’un consortium d’instituts et d’agences spatiales dont la direction est assurée par le DLR et le CNES. Deux scientifiques français assurent la responsabilité principale de deux instruments, Civa et Consert, et d’autres scientifiques, de Cosac, Sesame et Apxs.
Les instruments de Philae sont complexes et pour la plupart composés de plusieurs senseurs qui peuvent eux-mêmes fonctionner suivant plusieurs modes. Chacun a son propre logiciel de vol ou le partage avec un autre instrument et ils sont destinés à trois types d’investigation : l’étude de la structure du noyau, l’analyse de la composition du sol de la comète, l’étude des propriétés physiques du noyau. Reste la foreuse, dont le rôle principal est de fournir les échantillons prélevés jusqu’à 25 cm de profondeur aux microscopes et analyseurs de ces échantillons.

Le SONC aux commandes des instruments scientifiques de Philae
Installé dans le bâtiment Descartes, au cœur du Centre Spatial de Toulouse, le SONC (Science Operation and Navigation Center), est chargé de préparer et de suivre les opérations scientifiques de Philae. Il a pour mission de calculer les trajectoires qui lui permettront de se poser sur la comète en toute sécurité, de préparer et de suivre les opérations scientifiques en déterminant l’ordre d’intervention des instruments, et de traiter et d’archiver les données. Des missions complémentaires sont assurées par trois équipes distinctes, de mécanique spatiale pour le calcul de trajectoire, de « bord » pour les opérations, de gestion des données opérationnelles, l’ensemble formant un groupe de 20 personnes à temps plein. Les moyens de calcul sont gérés par la Direction des Systèmes d’Information du CNES, qui héberge les machines et en assure l’administration, que ce soit pour les calculs de mécanique spatiale ou les activités de planification des opérations scientifiques au travers du logiciel Most, développé spécialement pour Rosetta. Le CNES a été responsable de l’analyse mission et de toutes les études de mécanique spatiale pour Philae. Les logiciels vont produire les trajectoires de descente pour le premier niveau de sélection entre les différents sites situés sur l’hémisphère été de la comète.

2014 : l’année de Rosetta
21 mai 2014 : manœuvre de rendez-vous, image de Churyumov-Gerasimenko (1 pixel)
Juin 2014 : série de poussées de freinage principales de la sonde Rosetta.
Juillet 2014 : première image résolue de la comète Churyumov-Gerasimenko.
6 août 2014 : mise en orbite de la sonde autour du noyau de la comète
25 août 2014 : présélection de 5 sites d’atterrissage
15 septembre 2014 : sélection du site principal et d’un site secondaire
14 octobre 2014 : choix définitif du site d’atterrissage à partir des données fournies par le SONC ; préparation des opérations scientifiques de la descente et des 2 jours suivants l’atterrissage
11 novembre 2014 : atterrissage de Philae sur la comète
11 au 14 novembre 2014 : mission scientifique principale de Philae (60h de fonctionnement des instruments sur piles)
14 novembre à mars 2015 : mission scientifique de long terme de Philae (quelques heures de fonctionnement des instruments tous les 2 jours sur batteries rechargeables)
2014 - 2015 : mission scientifique des instruments de l’orbiteur avec augmentation de l’activité de la comète en fonction de la distance au Soleil.

Les industriels impliqués
Saft : développement de la pile de Philae
Syrlinks : équipements de liaison de proximité entre l’atterrisseur et l’orbiteur
Atos : ingénierie pour la préparation et le suivi des opérations de Philae
GFI : développement des logiciels du SONC
Cisi : développement des logiciels de mécanique spatiale
Cap Gemini : développement de l’outil de planification des opérations MOST (Mission Operation Scheduling Tool).

Les laboratoires partenaires
IAS : Institut d’astrophysique spatiale, (CNRS/Université Paris Sud)
IPAG : Institut de planétologie et d’astrophysique de Grenoble, (CNRS/Université Joseph Fourier)
IRAP : Institut de recherche en astrophysique et planétologie, (CNRS/ Université Toulouse III - Paul Sabatier, Observatoire Midi- Pyrénées)
LAM : Laboratoire d’astrophysique de Marseille, (CNRS/Université d’Aix-Marseille)
LATMOS : Laboratoire atmosphères, milieux, observations spatiales, (CNRS/UVSQ/UPMC)
LESIA : Laboratoire d’études spatiales et d’instrumentation en astrophysique, (Observatoire de Paris/CNRS/Université Paris-Diderot/UPMC).
LPC2E : Laboratoire de Physique et Chimie de l'Environnement et de l'Espace, (CNRS/Université d'Orléans) 
LPP : Laboratoire de physique des plasmas (École Polytechnique/CNRS/Université Paris Sud/UPMC)
LERMA2 : Laboratoire d'étude du rayonnement et de la matière en astrophysique et atmosphères (Observatoire de Paris/CNRS/ENS/Université Cergy Pontoise/UPMC)
LISA : Laboratoire inter-universitaire des systèmes atmosphèriques(CNRS/Université Paris Diderot/UPEC)

Tout savoir sur Rosetta et Philae :
www.cnes.fr/rosetta-blog et http://www.cnes.fr/rosetta

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