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La vigilance météo est valable jusqu'à ce vendredi 15 janvier, 16 h. Capture d'écran Météo France

Découverte d'autoroutes interplanétaires pour les sondes spatiales

Laurent Sacco

Journaliste

Publié le 01/01/2021

Les chercheurs ont découvert un nouveau réseau d'autoroutes interplanétaires permettant de traverser le Système solaire avec peu de carburant et plus rapidement qu'auparavant.

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« Il n'y a pas de problèmes résolus, il y a seulement des problèmes plus ou moins résolus », c'est une des célèbres citations du mathématicien et physicien français Henri Poincaré. Lui-même avait considérablement fait avancer les questions portant sur ce que l'on appelle le problème des trois corps en mécanique céleste. Sous ce nom un peu ésotérique se trouve simplement le problème consistant à trouver le comportement et les trajectoires de trois corps s'attirant gravitationnellement et effectuant des mouvements en réponse selon les lois de la mécanique de Newton. Nous n'en avons que des solutions partielles.

La résolution de ce problème donne par exemple les clés pour comprendre et prédire les mouvements de la Lune autour de la Terre sous l'effet de son attraction combinée avec le Soleil, ou encore les mouvements des satellites autour de la Terre ; elle permet d'appréhender également les trajectoires des sondes interplanétaires quittant la Terre pour explorer les comètes et les astéroïdes ou lorsqu'elles sont, par exemple, en orbite autour d'une planète géante afin d'explorer ses lunes.

Bien des corps célestes nous restent à explorer dans le Système solaire, pour mieux comprendre sa cosmogonie mais aussi, un jour, en explorer les ressources minières ou bien l'eau pour alimenter des colonies. Les mécaniciens célestes cherchent donc les trajectoires qui seraient les plus économiques en temps et en carburant. Au cours de cette quête, ils ont notamment découvert l'existence de ce qu'ils appellent l'Interplanetary Transport Network (ITN) ou, en français, « le réseau de transport interplanétaire ».

Une présentation technique de l’Interplanetary Transport Network (ITN). Pour obtenir une traduction en français assez fidèle, cliquez sur le rectangle blanc en bas à droite. Les sous-titres en anglais devraient alors apparaître. Cliquez ensuite sur l'écrou à droite du rectangle, puis sur « Sous-titres » et enfin sur « Traduire automatiquement ». Choisissez « Français ». © RossDynamicsLab

Futura avait déjà rendu compte de l'existence de ce réseau dans le précédent article ci-dessous. Il repose sur l'existence des points de Lagrange associés aux planètes en orbite autour du Soleil ou aux lunes en orbite autour de ces planètes. On peut décrire ces trajectoires en constatant qu'elles se rassemblent pour former des surfaces formant des sortes de tubes. Mathématiquement, l'étude et la formulation rigoureuse de ces surfaces font intervenir la notion abstraite de « variété » (manifold en anglais) dont une théorie générale pour des hypersurfaces en dimensions « n » arbitraires a été développée depuis plus d'un siècle.

La découverte de l'ITN repose aussi sur de puissantes nouvelles méthodes en mécanique céleste qui ont été découvertes par Henri Poincaré au-delà des travaux dans ce domaine de Lagrange, Laplace et Gauss. Elles portent en elles la fameuse théorie du chaos pour des systèmes dynamiques décrits par des équations différentielles et faisaient déjà intervenir des notions subtiles de topologie et de ce que l'on a appelé par la suite la géométrie symplectique. Mais ces sujets ne seront pas abordés car cela nous entraînerait beaucoup plus loin qu'il n'est nécessaire pour signaler la publication par Nataša Todorović, Di Wu, et Aaron J. Rosengren dans Science Advances d'un nouvel article faisant état de progrès récents dans l'exploration de ce qu'il est possible de faire avec les autoroutes du réseau de transport interplanétaire.

Cette vidéo montre, en abscisse les valeurs de demi-grand axe d'orbites elliptiques en unité astronomique et en ordonnée, l'excentricité de ces orbites. La carte montre la région entre le bord extérieur de la ceinture principale d'astéroïdes à 3 UA et juste au-delà du demi-grand axe d'Uranus à 20 UA. Les orbites situées sur des surfaces stables apparaissent dans une couleur plus claire. © University of California San Diego

Les mécaniciens célestes y annoncent en effet avoir découvert de nouvelles structures géométriques en rapport avec les trajectoires de l'ITN et faisant intervenir ce qu'ils appellent des arches de chaos en rapport avec les ensembles de trajectoires stables ou instables formant les surfaces, les variétés déjà identifiées lorsque l'on explore les solutions du « planar, circular, and restricted three-body problem (PCR3BP) » comme l'appelle en anglais (le problème à trois corps réduit, circulaire et dans un plan).

Ces arches permettent de comprendre le comportement et les trajectoires de petits corps célestes comme ceux de la famille des comètes de Jupiter (en anglais JFC, pour Jupiter Family Comets), qui se composent de comètes périodiques de courte période, ou encore ceux de la famille des centaures, des petits corps glacés qui gravitent autour du Soleil entre Jupiter et Neptune.

Surtout, les nouvelles routes peuvent conduire des comètes et des astéroïdes près de Jupiter à la distance de Neptune en moins d'une décennie et à 100 unités astronomiques en moins d'un siècle ; elles pourraient en conséquence être utilisées pour envoyer des engins spatiaux aux confins de notre Système solaire relativement rapidement, ainsi que pour surveiller et comprendre les objets proches de la Terre qui pourraient entrer en collision avec notre planète.

Source: https://www.futura-sciences.com/sciences/actualites/astronautique-decouverte-autoroutes-interplanetaires-sondes-spatiales-20503/?fbclid=IwAR2Xgl_fmUJixm6X6zZFLWHk1YBlI3hUZYPQoiou7ol4QMGgRYklUhSkjyw&utm_content=buffera80cf&utm_medium=social&utm_source=facebook.com&utm_campaign=futura

Retour d'échantillons martiens : découvrez le satellite qui les rapportera sur Terre

Rémy Decourt

Journaliste

Publié le 04/01/2021

Alors que le rover Perserverance de la Nasa atterrira sur Mars dans 50 jours, Airbus développe le satellite ERO qui récupérera en orbite les échantillons collectés par Perseverance et les rapportera sur Terre. Christian Lebranchu, chef de projet chez Airbus d'ERO, nous explique la mission de ce satellite et ses particularités techniques.

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Cet été, le lancement du rover Perseverance de la Nasa, à destination de la planète Mars, a donné le coup d'envoi de l'ambitieuse mission de retour d'échantillons martiens que préparent la Nasa et l'Agence spatiale européenne. Cette mission se déroulera en plusieurs étapes et s'étalera sur une dizaine d'années. Elle comprendra plusieurs éléments réalisés par la Nasa et l'ESA. L'Europe réalisera le satellite de capture et de retour vers la Terre, le fetch rover, le bras de récupération et de transfert des échantillons dans le conteneur.

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Baptisé ERO (Earth Return Orbiter), le satellite de capture et de retour sera le tout « premier satellite à ramener des échantillons sur Terre depuis Mars », explique Christian Lebranchu, chef de projet chez Airbus. Il sera  « développé et construit par Airbus dans l'usine de Toulouse tandis que le site de Stevenage, au Royaume-Uni, réalisera l'analyse de la mission ». Au cours de sa mission de cinq ans qui devrait débuter en 2026, ERO rejoindra Mars, fera office de relais de communication pour les missions de surface et procèdera au rendez-vous avec les échantillons en orbite qu'il rapportera en sécurité sur la Terre.

“C'est l'Agence spatiale européenne qui rapportera sur Terre les premiers échantillons martiens“

Dans le détail, ERO devra être capable de « détecter, arrimer et capturer un objet de la taille d'un ballon de basketball, appelé Orbiting Sample (OS) développé par le Centre Goddard de la Nasa, qui abritera les tubes contenant les échantillons ». La manœuvre, qui sera réalisée à 400 kilomètres de la planète sur un fond étoilé, ne sera pas simple. Un ensemble de « capteurs, de senseurs et d'algorithmes de détection et de capture seront mis en œuvre ». Une fois récupéré, l'OS sera scellé hermétiquement dans un système de confinement secondaire et placé dans l'EEV (Earth Entry Vehicle), « qui fait office de troisième système de confinement ».

La partie orbitale de la mission de retour d'échantillons martiens de la Nasa et de l'ESA résumée en une image. De gauche à droite, l'étage de remontée avec les échantillons, le satellite ERO avec le module OIM, le petit conteneur à récupérer en orbite martienne et la capsule de retour sur Terre avec, à son bord, le conteneur qui abrite les échantillons martiens. © ESA, ATG-Medialab 

Récupérer un petit objet en orbite et dans le noir le plus complet

Le but étant que rien de ce qui a touché la surface ou l’atmosphère martienne ne soit en contact directement avec l'atmosphère terrestre. Les échantillons arriveront ainsi sur Terre intacts afin de fournir un maximum de données scientifiques. Après l'atterrissage, les échantillons seront transférés dans des installations spéciales où ils seront placés en quarantaine. Il faudra un an à l'ERO pour effectuer son voyage de retour vers la Terre. L'EEV sera envoyé vers un site d'atterrissage prédéfini, dans le désert de l'Utah aux États-Unis, puis l'ERO se positionnera « pour se conformer aux règles de la protection planétaire », sur une orbite héliocentrique stable autour du Soleil, « sans risque de collision avec la Terre au cours des 150 prochaines années ».

Pour le réaliser, Airbus s'appuiera sur de nombreux acquis en matière de « rendez-vous et d'arrimage autonome ainsi que sur son expérience de plusieurs décennies dans le domaine de la navigation optique ». Il s'appuiera également sur les technologies déployées avec succès pour « l'ATV (Véhicule de transfert automatique) et les récents développements de la sonde Juice, première mission européenne à destination de Jupiter, concernant les phases de détection de l'OS, de navigation et de contrôle dynamique lors de la manœuvre d'insertion en orbite martienne ». ERO n'embarquera pas de nouvelles technologies mais s'appuiera sur d'autres déjà existantes « avec un niveau de qualification très poussé ».

VOIR AUSSICuriosity nous en met plein les yeux avec ce superbe panorama de Mars

D'une masse au lancement de 6,5 tonnes, ERO utilisera un système de propulsion hybride optimisé qui « associe propulsion électrique pour les phases de croisière et de changement d'altitude orbitale, et propulsion chimique de forte poussée pour l'insertion dans l'orbite martienne ». Ce choix d'une propulsion hybride s'explique par plusieurs contraintes liées au lanceur Ariane 6 et à la nature même de la mission. La propulsion électrique sera utilisée pour les « phases de croisière et de changement d'altitude orbitale requérant une poussée modeste mais très efficace » tandis que la propulsion chimique pour « l'insertion en orbite martienne nécessitera une forte poussée au moment clé de l'arrivée de ERO au proche voisinage de Mars ».

Un satellite à l'architecture inédite pour réaliser la mission 

Les propulseurs électriques seront fournis par ArianeGroup. Il s'agit du modèle RIT (Radiofrequency Ionization Thrusters) qui dispose d'un mode de forte poussée pour les manœuvres de transfert d'orbite. Ce type de moteur à grille plasmique est le seul à « fournir une poussée relativement forte » et capable d'un « régime moteur jamais vu ». Le satellite sera équipé de quatre propulseurs mais trois seront nécessaires à la mission. Au niveau performance, chaque moteur devra être « capable de fournir des poussées de 250 milli-newtons et des impulsions spécifiques de 4.000 secondes » ! 20.000 heures de test sont prévues pour qualifier ce moteur.

Pour alimenter les moteurs électriques et obtenir le surplus d'accélération nécessaire pour atteindre Mars, ERO utilisera des panneaux solaires. D'une envergure de 40 mètres et d'une surface de 144 m2, ils seront « les plus grands jamais construits pour un satellite » ! Seuls, ceux de la Station spatiale internationale sont plus grands. Autre particularité, ces panneaux auront besoin de « résister à des charges mécaniques assez importantes, d'où un certain nombre de renforcement pour garantir leur bonne tenue mécanique ».

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Pour cette mission, il faut savoir qu'Ariane 64 n'aurait pas été capable de lancer directement vers Mars un satellite embarquant avec lui tout le carburant nécessaire à sa mission ! ERO emportera un module d'insertion en orbite (OIM) qui fera l'objet d'un article distinct. Cet étage propulsif sera réalisé par Thales Alenia Space. Il est conçu pour « freiner ERO après le long voyage de la Terre à Mars ». Cette architecture étagée avec propulsion combinée est le meilleur compromis trouvé par l'ESA et Airbus pour optimiser le ratio masse structurelle/carburant afin de limiter l'emport d'ergols liquides sur ERO, et donc de masse.

OIM sera « utilisé pour amener ERO sur une orbite elliptique de 1.000 km x 400 km ». Depuis cette position, ERO servira de « relais de communication entre la Terre et les rovers de la mission de retour d'échantillons : Perserverance de la Nasa, et le Fetch Rover de l'ESA ». En fin de mission, l'OIM sera détaché d'ERO et placé sur une « orbite relativement stable autour de Mars afin d'éviter qu'il ne tombe sur la Planète d'ici 20 à 50 ans ».

Source: https://www.futura-sciences.com/sciences/actualites/mars-retour-echantillons-martiens-decouvrez-satellite-rapportera-terre-84927/?utm_content=buffer68903&utm_medium=social&utm_source=facebook.com&utm_campaign=futura&fbclid=IwAR23G211a6h6cXDK9fLZe_413o4uD2MYBfOWMGKls9JkhUQUM_QG26T5cQ0

Des images inédites des échantillons de Ryugu

Céline Deluzarche

Journaliste

Publié le 31/12/2020 à 11h30

Noël a eu lieu un peu plus tôt cette année pour l'agence spatiale japonaise : la sonde Hayabusa-2 a déposé sur Terre le 6 décembre une petite capsule contenant les échantillons de l’astéroïde Ryugu. Quelque 5,4 grammes de petit grains noirs ont ainsi été récupérés par les scientifiques, bien au-delà du 0,1 gramme requis pour une analyse. L'agence spatiale japonaise vient de dévoiler les images des conteneurs où l'on peut voir des petits cailloux noirs semblables à du charbon. Après la chambre A à la mi-décembre, les chambres B (vide) et C ont été ouvertes le 21 décembre.

Les grains de la chambre C, plus gros que ceux de la chambre A (l'un des fragments les plus gros mesure jusqu'à 1 centimètre), ont été récoltés lors du second atterrissage de la sonde, ce qui suggère qu'il s'agit de matériel plus profond éjecté lors de la création du cratère.

La chambre A contient de la poussière noire de petite taille. © Jaxa 

Une autre grosse surprise s'est glissée dans la chambre C : un objet « artificiel » dont la nature est encore indéterminée. « Son origine est en cours d'investigation, mais une source probable est de l'aluminium gratté sur la surface de l'échantillonneur du vaisseau spatial lorsque le projectile a été tiré pour briser la roche lors de l'atterrissage », explique l'agence Jaxa.

C'est la première fois que des fragments d'un astéroïde primitif carboné seront analysés sur la Terre. Ils devraient nous apporter des informations sur la formation du Système solaire et sur la nature de la matière carbonée primitive.

La chambre C contient un objet artificiel qui ressemble à un bout d’aluminium. © Jaxa 

Source: https://www.futura-sciences.com/sciences/breves/asteroide-ryugu-images-inedites-echantillons-ryugu-3715/?fbclid=IwAR3aJU2fGM0faSJvhKvdR-mWsyu_mDJog3WC0cF-fwvJc8LZxtHAKR-XrfI&utm_content=buffera4854&utm_medium=social&utm_source=facebook.com&utm_campaign=futura

Cette exoplanète « excentrique » aide les astronomes à débusquer l'introuvable planète 9

Nathalie Mayer

Journaliste

Publié le 03/01/2021

Pour expliquer les orbites chaotiques de planètes naines aux confins du Système solaire, les astronomes envisagent depuis plusieurs années l'existence d'une « planète 9 ». Elle échappe toutefois toujours aux observations. Mais aujourd'hui, les chercheurs ont mis la main sur une exoplanète dont le comportement se rapproche de celui théorisé pour la « planète 9 ». De quoi apporter un peu plus de crédibilité à l'hypothèse.

Aux confins de notre Système solaire se joue une histoire étrange. Une série de planètes naines naviguent sur des orbites perturbées. Pour expliquer le phénomène, les astronomes ont avancé l'idée de l'existence dans la région d'une « planète 9 ». Une planète de 10 fois plus grande que la Terre, se déplaçant sur une orbite très excentrique. Mais qui reste hypothétique, car échappant toujours à toute observation.

Aujourd'hui, l'histoire pourrait avoir fait un pas vers son dénouement. Grâce à des données extrêmement précises recueillies par le télescope spatial Hubble et par la mission Gaia, des astronomes semblent avoir mis la main sur une exoplanète qui se comporte comme ils imaginent que la fameuse « planète 9 » pourrait le faire.

Elle porte le nom de HD 106906 b. Elle a été découverte en 2013, à 336 années-lumière de la Terre, du côté de la constellation de la Croix du Sud. Sa masse est estimée à quelque 11 fois celle de Jupiter. Ce qui est bien plus que la masse supposée de la « planète 9 ».

Ce qui rapproche cette exoplanète de la mystérieuse inconnue de notre Système solaire, c'est qu'elle orbite à une distance de sa paire d'étoiles hôtes de 737 unités astronomiques, soit 737 fois la distance entre la Terre et le Soleil ou 25 fois la distance entre Neptune et le Soleil ! Et les chercheurs montrent aujourd'hui que son orbite se révèle en plus très inclinée -- d'un angle compris entre 36 et 44° --, très excentrique -- avec une période de pas moins de 15.000 ans -- et externe au disque de débris qui entourent lesdites étoiles. De quoi montrer que l'hypothèse de la « planète 9 » est possible. Que de telles planètes éloignées peuvent exister et se former dans les 10 premiers millions d'années de la vie d'une étoile.

Cette image du télescope spatial Hubble montre une orbite possible de l’exoplanète baptisée HD 106906 b, en dehors du disque de débris circumstellaires — l’équivalent de notre ceinture de Kuiper — de son système. Ce disque est, lui-même, déformé, sans doute par des tiraillements gravitationnels induits par la planète. © Nasa, ESA, Meiji Nguyen/UC Berkeley, Robert De Rosa/ESO et Paul Kalas/UC Berkeley et SETI Institute 

Le jeu des interactions gravitationnelles

Pour expliquer la configuration actuelle du système HD 106906, les astronomes se reposent sur des images obtenues par l'imageur de planètes Gemini (Chili) du disque de débris entourant les étoiles hôtes de l'étonnante exoplanète. Ils avancent que celle-ci a dû se former bien plus près de ses étoiles. À seulement trois fois la distance Terre-Soleil. Puis « quelque chose s'est produit très tôt -- des interactions gravitationnelles propres au système stellaire binaire -- qui a projeté la planète vers l'extérieur avant que des étoiles de passage -- les astronomes ont identifié trois candidates probables -- stabilisent son orbite et l'empêche de quitter son système d'origine », explique Paul Kalas, chercheur à l'université de Californie, dans un communiqué.

“ Comme une machine à remonter le temps “

« C'est un peu comme si nous étions face à une machine à remonter le temps, qui nous permet de voir ce qui aurait pu se passer dans notre jeune Système solaire », ajoute-t-il dans le communiqué de l'équipe du télescope spatial Hubble. Des interactions avec Jupiter auraient en effet pu éjecter une planète vers l'extérieur. Mais avec une telle force qu'elle se serait probablement retrouvée à errer dans l'espace, comme une planète vagabonde. Sans l'intervention d'étoiles de passage qui pourrait l'avoir stabilisée sur une orbite éloignée de celles de toutes les planètes du Système solaire pour la muer en « planète 9 ».

« Si une planète se cache derrière les perturbations observées sur les orbites des objets transneptuniens, elle doit avoir une orbite excentrique inclinée par rapport au plan du Système solaire », confirme Robert De Rosa, membre de l'équipe de l'Observatoire européen austral (Chili). Les astronomes attendent désormais avec plus d'impatience encore, les données que pourra fournir sur HD 106906 b, le futur télescope spatial James Webb.

Source: https://www.futura-sciences.com/sciences/actualites/exoplanete-cette-exoplanete-excentrique-aide-astronomes-debusquer-introuvable-planete-9-84684/?utm_content=bufferba2dc&utm_medium=social&utm_source=facebook.com&utm_campaign=futura&fbclid=IwAR1N2cGXPEbzl6mwG5s31f0Jk1CM5rEL0u3G4O1EsHFVKsueQPPz6A7P-Uk