Advanced Composition Explorer

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Advanced Composition Explorer

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Vue d'artiste d'ACE

Caractéristiques
Organisation NASA
Domaine Étude des particules de l'espace interplanétaire
Statut Mission en cours
Masse 785 kg
Lancement 25/8/1997
Lanceur Delta II 7920
Fin de mission 2024
Orbite de Lissajous
Programme Explorer
Index NSSDC 1997-045A
Site Site officiel

Advanced Composition Explorer ou ACE est un satellite scientifique du programme Explorer de l'agence spatiale américaine de la NASA qui a pour objectif d'étudier in situ les particules d'origine solaire, interplanétaire, interstellaire et galactique. ACE a été lancé en 1997 et sa mission doit durer jusqu'en 2024.

Objectifs scientifiques[modifier | modifier le code]

L'espace interplanétaire au sein du Système solaire est parcouru par des particules ayant une forte énergie expulsées par le Soleil ou ayant des origines plus lointaines : nuages interstellaires, étoile de notre galaxie[1]. ACE doit étudier la composition du matériau issu du Soleil, du milieu interstellaire local et de la galaxie. Les rayons cosmiques sont des échantillons de la galaxie qui ont été accélérés il y a plusieurs millions d'années. Les particules émises par le Soleil sont formés de matière issus du milieu interstellaire et stockés dans le Soleil au moment de sa création il y a 4,6 milliards d'années[2].

Caractéristiques techniques[modifier | modifier le code]

Eclaté d'ACE montrant l'emplancement des instruments scientifiques

ACE a la forme d'un cylindre court à huit facettes de 1,6 m de diamètre et de 1 m de haut. La structure est réalisée en nid d'abeille d'aluminium avec des longerons en aluminium et titane. Il pèse 785 kg dont 156 kg de charge utile (instruments scientifiques) et 185 kg d'hydrazine utilisé par ses moteurs-fusées pour l'insertion sur l'orbite de travail puis le maintien sur cette orbite. Quatre panneaux solaires sont attachés au pont supérieur. Six des instruments scientifiques (SEPICA, SIS, SWICS, SWEPA, ULEILS, EPAM et S2DPU) sont fixés sur ce pont sur le pourtour du satellite de manière à ne pas se masquer mutuellement leur champ de vue. Deux instruments (CRIS et SWIMS) sont fixés sur les flancs d'ACE tandis que les mats du magnétomètre prolongent deux des panneaux solaires. Le satellite est constamment aligné sur la droite qui relie le Soleil à la Terre avec le pont supérieur tourné vers le Soleil. Le satellite est en rotation lente autour de son axe vertical (l'axe du cylindre) à raison 5 tours par minute pour maintenir son orientation. Les télécommunications avec la Terre sont assurées en bande S avec un débit pour le transfert des données scientifiques de 7 kilobits en temps réel et 78 kilobits en différé. Les données peuvent être stockées sur une mémoire de masse de 2 Gigabits. Les panneaux solaires fournissent environ 500 Watts[3]. Le satellite est placé sur une orbite de Lissajous près du point de Lagrange L1 à environ 1,5 millions de km de la Terre. Cette orbite nécessite peu de carburant pour être maintenue et les mesures effectuées ne sont pas affectées par le champ magnétique terrestre[4].

Instruments scientifiques[modifier | modifier le code]

Le satellite embarque neuf instruments scientifiques dont six spectromètres spécialisés et trois instruments complémentaires dont un magnétomètre[5] :

Les spectromètres spécialisés[modifier | modifier le code]

Six spectromètres ont été développés pour la mission. Tous ont une capacité de collecte multipliée par 10 à 100 par rapport aux instruments embarqués sur des satellites contemporains comme WIND et GEOTAIL[6]. Chacun est optimisé pour une gamme d'énergie donnée :

  • CRIS (Cosmic Ray Isotope Spectrometer) est conçu pour mesurer la composition isotopique des rayons cosmiques composés de noyaux atomiques d'hélium au Nickel (éléments 2 à 28) ayant une énergie comprise entre 100 et 600 MeV par nucléon.
  • SIS (Solar Isotope Spectrometer) est conçu pour identifier les éléments et mesurer la composition isotopique des noyaux atomiques d'hélium au nickel (éléments 2 à 28) ayant une énergie comprise entre 10 et 100 MeV. Les particules mesurées sont celles émises par le Soleil durant les tempêtes solaires. SIS mesure à la fois la trajectoire et l'énergie de chaque particule.
  • ULEIS (Ultra Low Energy Isotope Spectrometer) est un spectromètre conçu pour mesurer les flux d'isotopes d'hélium au Nickel (éléments 2 à 28) ayant une énergie comprise entre 45 keV et quelques MeV par nucléon. Il peut également mesurer les ions plus lourds que le fer lorsqu'ils ont une énergie d'environ 0,5 MeV par nucléon.
  • SEPICA (Solar Energetic Particle Ionic Charge Analyzer) permet de déterminer la charge électrique, le type d'élément et l'énergie des ions émis par le Soleil ayant une énergie comprise entre 0,5 et 10 MeV par nucléon.
  • SWIMS (Solar Wind Ion Mass Spectrometer) mesure la composition du vent solaire et sa vitesse.
  • SWICS (Solar Wind Ion Composition Spectrometer) est un spectromètre qui mesure la charge, la température et la vitesse des ions composant le vent solaire ayant une vitesse comprise entre 145 km/s (protons) et 1 532 km/s (fer).

Les instruments de mesure standard[modifier | modifier le code]

  • EPAM (Electron, Proton, and Alpha Monitor) mesure les flux et l'énergie des protons, noyaux alpha et électrons émis par les tempêtes solaires. EPAM permet de traiter les particules dont l'énergie est comprise entre 30 keV et 4 MeV par nucléon pour les éléments allant de l'hélium au fer.
  • SWEPAM (Solar Wind Electron, Proton, and Alpha Monitor) mesure les flux d'ions et de plasma d'électrons contenus dans le vent solaire. L'instrument peut détecter les particules ayant une énergie allant de 0,26 à 36 keV pour les ions et de 1 à 1350 eV pour les électrons
  • Le magnétomètre (MAG) comprend deux antennes avec des capteurs tri axiaux

Historique du projet et déroulement de la mission[modifier | modifier le code]

ACE vue du dessus : on distingue les instruments installés sur le pont supérieur

Le projet est conçu au cours de rencontres qui ont lieu en juin 1983 à l'université du Maryland. Le projet est soumis à la NASA dans le cadre du programme Explorer, dédié aux missions spatiales scientifiques à budget limité, mais n'est pas retenu. En 1986 la NASA lance un appel à propositions dans le cadre du programme Explorer et ACE fait partie des quatre projets sélectionnés. En 1988 une étude de faisabilité d'un an est lancée (Phase A). Le projet ACE débute officiellement le 22 avril 1991 avec la mise en place d'un contrat entre le centre spatial Goddard de la NASA et CALTECH. Les études de définition (Phase B) débutent officiellement en aout 1992. La réalisation (Phase C/D) est lancée peu après la Revue Préliminaire de Conception de mission qui a lieu en novembre 1993.

ACE est construit par le Laboratoire de Physique Appliquée de l'université Johns-Hopkins. Le développement s'achève avant la date de fin planifiée en ayant à un cout de développement de 107 millions $ nettement inférieur aux 141 M$ prévus. ACE est lancé le 25 aout 1997 depuis la base de Cape Canaveral par une fusée Delta II 7920. Quatre mois après son lancement, ACE est placé sur une orbite de Lissajous autour du point de Lagrange L1. La phase opérationnelle de la mission débute le 1er février 1998.

Depuis janvier 1998 les données ACE relatives au vent solaire sont rendues publiques par la NOAA en temps réel ce qui permet d'anticiper environ une heure à l'avance les orages magnétiques. ACE fonctionne de manière nominale 10 ans après son lancement hormis l'instrument SEPICA qui ne fournit plus de résultat depuis février 2005 à la suite d'une défaillance d'une valve. La stratégie de correction de l'orbite a été modifiée de manière à réduire la consommation d'hydrazine et permettre au satellite de fonctionner jusqu'en 2024.

Résultats scientifiques[modifier | modifier le code]

Les mesures des isotopes radioactifs présents dans les rayons cosmiques effectuées par ACE ont permis de déterminer que les rayons cosmiques avaient été accélérés au moins 100 000 ans après que leurs constituants eurent été synthétisés par les explosions de supernovae. D'autres mesures effectuées sur les isotopes indiquent que les rayons cosmiques voyagent en moyenne 15 millions d'années dans la galaxie avant de disparaitre ce qui implique qu'ils sont continuellement renouvelés. L'abondance relative des isotopes de magnésium, silicium, calcium, fer et nickel est très proche de celle des particules du système solaire ce qui implique que la galaxie a peu évolué dans ce domaine depuis la création du système solaire[2]

ACE a permis de mieux connaitre la composition du Soleil. En comptant le nombre d'électrons attaché aux noyaux atomiques des rayons cosmiques d'origine solaire, on a pu déterminer la température des régions du Soleil dont ils étaient originaires. ACE a été lancé durant un minimum du cycle solaire et a pu observer la phase ascendante du cycle caractérisée par des éruptions solaires parmi les plus puissantes observées depuis le début de l'ère spatiale. Ces événements, qui ont pu être étudiés par les instruments très performants d'ACE ainsi que par ceux d'autres satellites scientifiques, ont permis un accroissement très important de nos connaissances sur le Soleil. Par ailleurs l'étude du vent solaire, des particules solaires et des rayons cosmiques par ACE combinée avec les mesures effectuées par d'autres engins spatiaux comme Ulysses et Voyager ont apporté des informations nouvelles sur la bulle de vent solaire (l'héliosphère) qui entoure notre système solaire et sur ses interactions avec la galaxie[2].

Notes et références[modifier | modifier le code]

  1. (en) « Brochure présentation ACE 2ème édition », CALTECH,‎ mars 2002, p. 1[PDF]
  2. a, b et c (en) « Brochure présentation ACE 2ème édition », CALTECH,‎ mars 2002, p. 4[PDF]
  3. (en) « ADVANCED COMPOSITION EXPLORER (ACE) LESSONS LEARNED AND FINAL REPORT », NASA Goddard,‎ juillet 1998[PDF]
  4. (en) « Advanced Composition Explorer (ACE) Mission Overview », Caltech (consulté le 3 avril 2011)
  5. (en) « Brochure présentation ACE 2ème édition », CALTECH,‎ mars 2002[PDF]
  6. (en) « Brochure présentation ACE 2ème édition », CALTECH,‎ mars 2002, p. 5[PDF]

Voir aussi[modifier | modifier le code]

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Articles connexes[modifier | modifier le code]

Liens externes[modifier | modifier le code]