Chang'e 3

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Chang'e 3
嫦娥三号

Caractéristiques
Organisation CNSA (Chine)
Domaine Étude du sol lunaire, astronomie ultraviolet
Type de mission atterrisseur + astromobile
Statut Sur le sol lunaire
Masse 3 700 kg (rover 140 kg)
Lancement 1er décembre 2013 (UTC)
Lanceur Longue Marche 3B
Durée de vie 3 mois (rover) / 1 an (atterrisseur)
Atterrissage 14 décembre 2013 (UTC)
Programme Chang'e
Index NSSDC 2013-070A

Chang'e 3 (du chinois : 嫦娥三号 ; pinyin : cháng'e sān hào, de Chang'e, déesse de la Lune dans la mythologie chinoise) est la troisième sonde spatiale lunaire chinoise, lancée le 1er décembre 2013 et qui s'est posée sur le sol lunaire au nord-ouest de Mare Imbrium. Contrairement aux deux sondes précédentes, Chang'e 1 et Chang'e 2, qui étaient des orbiteurs, Chang'e 3 a déposé le 14 décembre 2013 sur la Lune un astromobile (rover) baptisé Yutu (lapin de jade), chargé d'explorer la surface de notre satellite naturel.

Cette mission fait partie du programme chinois d'exploration lunaire de l'Agence spatiale chinoise, qui comporte également à l'horizon 2015 une mission de retour d'échantillons. La sonde Chang'e 3 réunit plusieurs premières pour le programme spatial chinois : atterrissage en douceur sur un autre corps céleste, mise en œuvre d'un générateur thermoélectrique à radioisotope et d'un robot mobile. L'atterrisseur comme le rover emportent plusieurs instruments scientifiques pour analyser le sol lunaire, ainsi qu'un télescope fonctionnant dans l'ultraviolet. La durée de la mission sur le sol lunaire est de trois mois pour le rover, et de un an pour l'atterrisseur. Chang'e 3 est le premier engin spatial à se poser sur la Lune, depuis l'atterrissage de la sonde spatiale soviétique Luna 24 qui avait ramené un échantillon de sol lunaire en 1976.

Historique[modifier | modifier le code]

Chang'e 3 est la troisième sonde spatiale développée par la Chine dans le cadre de son programme d'exploration lunaire. Contrairement aux deux engins spatiaux précédents Chang'e 1 (lancé en 2007) et Chang'e 2 (2010), qui avaient été placées en orbite autour de la Lune pour étudier notre satellite, Chang'e 3 emporte un rover (astromobile) qui doit être déposé en douceur sur le sol lunaire et mener des études in situ. Les spécifications de l'engin ont été figées en novembre 2009. Deux ans plus tard, une simulation de la phase d'atterrissage, la partie la plus délicate de la mission, est exécutée avec succès. Enfin, en mars 2012, la réalisation du prototype est achevée et la construction du modèle de vol débute[1].

Déroulement de la mission[modifier | modifier le code]

Photo annotée de Mare Imbrium, destination de l'astromobile Yutu.

Du lancement à l'atterrissage sur la Lune[modifier | modifier le code]

Chang'e 3 a été lancé, le 1er décembre 2013 à 17 h 30 UTC, par une fusée Longue Marche 3B depuis la base de Xichang[2]. La sonde s'est insérée le 6 décembre sur une orbite lunaire de 100 × 100 km puis son orbite a été abaissée le 11 décembre à 100 × 15 km en préparation de l'atterrissage[3]. Lorsque la sonde atteint son altitude la plus basse, la propulsion de l'atterrisseur est chargée d'annuler la vitesse et d'amener la sonde à 100 mètres au-dessus du sol. La sonde est maintenue à cette altitude le temps d'identifier une zone d'atterrissage dépourvue d'obstacles, puis l'altitude de la sonde est abaissée à 4 mètres. La propulsion est alors coupée et Chang'e 3 tombe en chute libre sur le sol lunaire à une vitesse inférieure à 15 km/h. L'atterrissage a eu lieu le 14 décembre (heure TU). L'atterrisseur s'est posé peu après le début du jour lunaire d'une durée de quatorze jours garantissant durant cette période la fourniture d'énergie solaire et une température relativement clémente. Chang'e 3 est le premier engin spatial à se poser sur la Lune depuis l'atterrissage de la sonde spatiale soviétique Luna 24 qui avait ramené un échantillon de sol lunaire en 1976[4].

Peu après s'être posé, l'atterrisseur a déployé ses panneaux solaires et son antenne parabolique directionnelle tandis que l'engin spatial subissait certaines vérifications avant le lancement des opérations suivantes. Le rover fixé au sommet de l'atterrisseur a libéré ses propres panneaux solaires et mis en position verticale le mât supportant ses caméras panoramiques ainsi que son antenne parabolique. Des systèmes pyrotechniques ont rompu les fixations et les câbles électriques qui le reliaient à l'atterrisseur. Après avoir vérifié que la position de l'atterrisseur permettait de descendre au sol le rover — l'inclinaison de l'atterrisseur est largement inférieure aux 15° acceptables et le terrain ne comporte pas d'obstacle — la rampe a été déployée et le rover s'est avancé sur celle-ci à 18 h 48 UTC. Puis la rampe a été doucement abaissée vers le sol par des moteurs électriques jusqu'à ce que son extrémité touche le sol lunaire. Après une dernière vérification, le rover a descendu la rampe et a touché le sol lunaire à 20 h 40[3].

Le déroulement de la mission scientifique[modifier | modifier le code]

Les données topographiques enregistrées par les orbiteurs Chang'e 1 et 2 ont été utilisées pour choisir le site d'atterrissage de Chang'e 3. Le site retenu est Sinus Iridum, une plaine de lave basaltique qui forme une extension au nord-ouest de Mare Imbrium (la mer des pluies), par 44° Nord. Le rover doit explorer une zone de 3 × 3 km au cours de sa mission dont la durée planifiée est de trois mois. Il est prévu que les instruments de l'atterrisseur, le télescope ultraviolet et la caméra fonctionnant dans l'ultraviolet extrême recueillent des données durant au moins un an[1],[5],[3].

Premier "jour lunaire" La sonde Chang'e 3 a atterri le 14 décembre 2013, à 14h13. Sept heures plus tard, à 21h40, le rover Yutu en est débarqué et entame ses déplacements sur le sol, se dirigeant vers le nord, en direction du cratère d'impact photographié par l'atterrisseur dès son arrivée. Le lendemain, parvenu à dix mètres du cratère, il oblique vers l'ouest et le 20 décembre, il effectue une vingtaine de mètres vers le sud. Le lendemain, il se trouve exactement de l'autre côté de l'atterrisseur, le photographie puis s'en éloigne par le sud[6]. Le 25 décembre 2013, les contacts avec la terre sont interrompus en raison de la première nuit lunaire.

Deuxième "jour lunaire" Le rover est réveillé le 11 janvier 2014 et, le 16 janvier, il entreprend sa première analyse du sol. Le 25 janvier, alors qu'il est remonté vers le nord, qu'il a parcouru moins d'une centaine de mètres et se retrouve à 18 mètres de l'atterrisseur, une anomalie est détectée qui empêche la poursuite des déplacements.

Troisième "jour lunaire" Reprise des contacts du 13 au 22 février 2014. Le rover reste immobilisé.

Quatrième "jour lunaire" Reprise des contacts le 14 mars 2014. Le rover est toujours immobilisé.

Caractéristiques techniques de la sonde spatiale[modifier | modifier le code]

La sonde spatiale Chang'e 3 a une masse totale comprise entre 3,7 et 3,8 tonnes, ce qui correspond à la capacité de lancement de la fusée chinoise Longue Marche 3B. Elle comprend un atterrisseur chargé d'amener l'ensemble jusqu'au sol lunaire et un astromobile (rover).

L’atterrisseur[modifier | modifier le code]

L'atterrisseur dispose de plusieurs types de moteurs qui reposent sans doute sur des moteurs-fusées à ergols liquides, brûlant un mélange d'UDMH et de peroxyde d'azote. Le moteur-fusée principal est sans doute le moteur à poussée modulable disposant d'un système de régulation à aiguille, déjà expérimenté dans l'espace dans le cadre d'autres missions chinoises. Sa poussée peut être établie à une valeur comprise entre 1 500 et 7 500 newtons (N), ce qui constitue une amplitude suffisante pour permettre un atterrissage en douceur, sur un satellite dont la gravité est égale à un sixième de celle de la Terre. La poussée peut être fixée avec une précision de 7,5 newtons et le moteur dispose d'un système de refroidissement actif. Les ergols sont mis sous pression par un gaz inerte. Vingt-huit petits propulseurs sont par ailleurs utilisés pour les petites corrections de trajectoire et pour les modifications d'orientation. Huit modules de propulsion, composés chacun de deux propulseurs de 150 N et d'un propulseur de 10 N, sont installés sur des panneaux de petite taille recouvrant l'atterrisseur, et permettent de stabiliser celui-ci sur trois axes. Quatre autres propulseurs de 10 N sont fixés de manière isolée. Pour l'atterrissage, la sonde spatiale utilise plusieurs instruments : un système inertiel sert, au début de cette phase, à déterminer la trajectoire ; puis, à l'approche du sol, un altimètre laser et un capteur à micro-ondes interviennent pour déterminer la vitesse et la distance restante. Quand la sonde arrive à cent mètres de la surface lunaire, l'ordinateur de bord utilise les images fournies par une caméra de descente et par un système de reconnaissance de forme, pour trouver un terrain d'atterrissage dépourvu d'obstacles. Le train d'atterrissage comprend quatre pieds faisant un angle de 30° avec la partie centrale de l'atterrisseur, renforcés par deux poutrelles attachées à cette partie centrale, et sont munis d'absorbeurs de choc pour résister à l'impact. Les pieds sont munis de larges semelles pour éviter de s'enfoncer de manière trop importante dans le sol. La masse de l'atterrisseur, une fois parvenu sur le sol lunaire, est de 1 200 kg. L'énergie électrique lui est fournie par des panneaux solaires et par un générateur thermoélectrique à radioisotope. Celui-ci est utilisé durant la nuit lunaire (d'une durée de quinze jours terrestres), pour alimenter les résistances chauffantes qui permettent de maintenir une température minimale. Le rover est solidement fixé sur l'atterrisseur. Une fois celui-ci posé, deux rampes sont déployées pour permettre au rover de descendre sur le sol lunaire[1],[7].

Instruments scientifiques[modifier | modifier le code]

L'atterrisseur emporte plusieurs instruments qui seront mis en œuvre après l'arrivée sur le sol lunaire :

  • un télescope ultraviolet LUT (Lunar-Based Ultraviolet Telescope) qui doit permettre d'étudier les galaxies, les étoiles binaires, les noyaux galactiques actifs et les étoiles les plus brillantes. L'observation depuis la Lune présente plusieurs avantages par rapport à l'observation depuis la Terre, bien que le télescope emporté par l'équipage d'Apollo 16 (37 ans auparavant) n'ait fourni que des images médiocres selon les standards actuels. L'instrument LUT est un télescope de type Ritchey-Chrétien, avec une ouverture de 150 mm qui permet d'observer les longueurs d'ondes 245-340 nm et de détecter les étoiles jusqu'à une magnitude apparente de 13[7] ;
  • une caméra observant, dans l'extrême ultraviolet, la plasmasphère de la Terre (une région de la magnétosphère terrestre située au-dessus de l'ionosphère), qui présente des irrégularités non expliquées. La caméra a un angle de vue de 16° et une résolution angulaire de 0,1° avec une résolution temporelle de dix minutes. Elle mesure le rayonnement à 30,4 nanomètres, caractéristique de l'ion He+ qui abonde dans la plasmasphère[7] ;
  • plusieurs caméras fonctionnant en lumière visible. Trois caméras panoramiques, dirigées dans différentes axes, doivent prendre des images du site d'atterrissage, avant le début de l'excursion lunaire du rover. Par ailleurs, une caméra de descente avec une définition de 1 280 × 1 280 pixels est pointée vers le sol et permet, durant la descente, d'obtenir des images du terrain sur lequel l'atterrisseur se dirige, afin d'aider les responsables de mission à tracer la trajectoire future du rover[7] ;
  • plusieurs caméras destinées à filmer le déploiement des parties mobiles et la mise à feu des moteurs. Il se pourrait que l'atterrisseur emporte également une sonde destinée à étudier le sol lunaire.

Le rover Yutu[modifier | modifier le code]

L'astromobile (rover) lunaire Yutu (chinois : 玉兔 ; pinyin : yù tù ; littéralement : « Le lapin de jade », en référence au lapin lunaire), est un engin autonome à six roues, d'une masse de 140 kg dont 20 kg de charge utile. Haut de 1,5 mètre, il comporte un mat servant de support aux caméras de navigation et panoramique ainsi qu'à l'antenne parabolique utilisée pour les communications avec la Terre. Un bras articulé est utilisé comme support pour un des instruments scientifiques. Il a une durée de vie prévue de 90 jours (trois jours et trois nuits lunaires). Son énergie est fournie par des panneaux solaires. Le rover se met en mode veille durant la nuit lunaire (longue de quinze jours terrestres) lorsque la température tombe à 180 °C au-dessous de zéro et survit grâce à l'énergie stockée dans ses batteries, sans doute complétées, comme ses homologues américains et russes, par des unités de chauffage à base d'isotopes radioactifs de plutonium 238. Le système de locomotion utilise un châssis similaire à celui des rovers américains, pour faciliter le franchissement des obstacles. Chaque roue est motorisée avec un moteur électrique sans balais alimenté en courant continu. Le rover est conçu pour parcourir une distance maximale de 10 km et peut explorer une surface de 3 km2. Il peut monter une pente de 20° et franchir un obstacle de 20 cm de haut. Il utilise un algorithme de Delaunay pour analyser les images fournies par ses caméras de navigation et celles destinées à éviter les obstacles, afin d'en déduire la route à suivre. Compte tenu du temps d'aller-retour d'un signal radio (2,5 secondes), il est prévu qu'il puisse être également télécommandé à distance par un opérateur humain[7].

Instruments scientifiques[modifier | modifier le code]

Le rover emporte plusieurs instruments :

  • un radar GPR (Ground Penetrating Radar), installé sous le rover, permet de sonder les couches superficielles jusqu'à une profondeur de trente mètres et de déterminer la structure de la croute lunaire jusqu'à une profondeur de cent mètres. Pour remplir ses deux objectifs, il utilise deux fréquences, 450 MHz et 60 MHz, avec une résolution respectivement de 2-2,5 mètres et de 20-25 cm. Les mesures effectuées doivent permettre de valider les modèles relatifs à l'épaisseur de la couche de régolite et aux structures profondes établis précédemment à l'aide des radars embarqués à bord d'orbiteurs lunaires[7] ;
  • un spectromètre rayons X à particules alphas est installé au bout d'un bras articulé. Il utilise une source radioactive de 30 millicuries pour déterminer l'abondance des principaux éléments chimiques présents dans le sol. L'objectif est de déterminer la géologie des terrains traversés et d'en déduire les processus de création de ceux-ci[7] ;
  • un spectromètre imageur en lumière visible et proche infrarouge, qui mesure la distribution des minéraux lunaires. Le spectre lumineux couvert va de 0,45 à 2,4 nanomètres, ce qui lui permet de déterminer la composition avec une précision de 10 %. Il utilise un filtre à modulateur acousto-optique qui ne comporte aucune pièce mobile. L'instrument a une champ optique de 6° × 6° en lumière visible, et de 3° × 3° en proche infrarouge. Sa résolution spectrale est de 8 nanomètres dans la bande des 450-950 nm et de 12 nm dans la bande des 900-2 400 nm[7] ;
  • deux caméras panoramiques sont installées en haut du mât du rover. La distance entre elles a été déterminée de manière à fournir des images en relief à haute résolution. Ces images doivent permettre de déterminer la morphologie et la topographie de la surface de la Lune autour du rover. Ces caméras sont également utilisées pour modéliser le terrain environnant, afin d'identifier les trajectoires sans obstacles et des cibles scientifiques potentielles[7] ;
  • des caméras sont également dédiées aux fonctions de navigation. Deux d'entre elles sont installées en haut du mât et deux autres, destinées à éviter les obstacles, sont fixées sur l'avant de l'astromobile[7].

Notes et références[modifier | modifier le code]

  1. a, b et c (en) « Lunar Exploration - Chang'e 3 », sur http://www.sinodefence.com (consulté le 19/1/2012)
  2. (en) Rui C. Barbosa, « Chang’e-3: Chinese lunar rover heading to the Moon », sur www.Nasaspaceflight.com,‎ 1/12/2013
  3. a, b et c (en) Patrick Blau, « Chang'e 3 Mission Updates », sur spaceflight101.com (consulté le 14/12/2013)
  4. (en) Stephen Clark, « China's 'jade rabbit' rover lands on the moon Saturday », sur spaceflightnow.com,‎ 14/12/2013
  5. (en) « China to launch second lunar probe in 2010 », sur www.spacedaily.com,‎ 2009 (consulté le 27/01/2013)
  6. Premières explorations pour le cratère Yutu. Philippe Henarejos, Ciel et Espace, 24 décembre 2013. http://www.cieletespace.fr/node/11306
  7. a, b, c, d, e, f, g, h, i et j (en) « Chang'e 3 - Mission Overview - mission updates », sur http://www.spaceflight101.com (consulté le 2/2/2013)

Voir aussi[modifier | modifier le code]

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Articles connexes[modifier | modifier le code]

Lien externe[modifier | modifier le code]