Hayabusa 2

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Hayabusa 2
(はやぶさ2)

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Vue d'artiste.

Caractéristiques
Organisation JAXA
Domaine Étude de l'astéroïde (162173) 1999 JU3
Statut En transit
Masse ≈ 600 kg, dont 100 kg d'ergols
Lancement 3 décembre 2014
Lanceur H-IIA
Fin de mission 2020 (retour capsule sur Terre)
Site Site officiel
Principaux instruments
ONC Caméras
LIDAR Altimètre
NIRS / TIRS Spectromètres infrarouges
MINERVA II (rover) thermomètre, caméras
MASCOT (atterrisseur) caméra, magnétomètre, radiomètre, microscope

Hayabusa 2 (en japonais はやぶさ2, littéralement « Faucon pèlerin 2 ») est une mission spatiale de la JAXA, l'agence spatiale japonaise, qui doit étudier l'astéroïde (162173) 1999 JU3 et ramener un échantillon de son sol sur Terre. La sonde spatiale, qui a été lancée le 3 décembre 2014, prend la suite d'Hayabusa lancée en 2003. Cette dernière, malgré de nombreux déboires, était parvenue à ramener une petite quantité de sol d'un astéroïde. Les principales caractéristiques techniques d'Hayabusa 2 sont identiques à celles de son prédécesseur. Elle s'en distingue principalement par la méthode de collecte des échantillons et l'emport d'un petit atterrisseur MASCOT fourni par les agences spatiales allemande (DLR) et française (CNES). L'astéroïde étudié est de type C c'est-à-dire susceptible de contenir des matériaux organiques. Le retour sur Terre de la capsule d'échantillons du sol est prévu vers 2020.

Historique du projet[modifier | modifier le code]

En 2006 la commission japonaise des activités spatiales accepte de donner une suite à la mission de retour d'échantillons Hayabusa qui était alors en cours. Initialement, les caractéristiques d'Hayabusa 2 devaient être pratiquement identiques à celle de la première sonde spatiale mais en juillet 2009 les responsables du projet annoncent que la nouvelle sonde utilisera une nouvelle méthode pour collecter les échantillons reposant sur l'envoi d'un impacteur. En aout 2010, alors que la capsule contenant les échantillons prélevés par Hayabusa vient tout juste de réussir son retour sur Terre (fin juin 2010), l'agence spatiale japonaise obtient le feu vert du gouvernement pour débuter les développements. Le cout du projet est estimé à 16,4 milliards de Yens. En janvier 2012 l'industriel NEC basé à Tokyo, qui avait déjà réalisé la première sonde spatiale, débute la construction de Hayabusa 2. Le projet rencontre des problèmes de financement et la JAXA se met à la recherche de partenaires. En juin 2013, les agences spatiales française (CNES) et allemande (DLR) annoncent qu'elle développeront ensemble le petit atterrisseur MASCOT (Mobile Asteroid surface SCOuT) qui doit être déposé par Hayabusa 2 à la surface de l'astéroïde pour analyser son sol[1].

L'astéroïde 1999 JU3[modifier | modifier le code]

La cible de Hayabusa 2 est (162173) 1999 JU3, un astéroïde de type C. Contrairement à l'astéroïde Itokawa visité par la première sonde spatiale qui était de type S, le type C est susceptible de renfermer des matériaux organiques et constitue donc une cible de choix. 1999 JU3 circule sur une orbite similaire à celle de Itokawa et s'approche parfois relativement près de l'orbite terrestre L'astéroïde est de forme à peu près sphérique avec un diamètre d'environ 875 mètres (à 15 mètres près). Sa période de rotation est de 7,63 heures. son albédo de 0,047 est faible[2],[3].

Objectifs scientifiques[modifier | modifier le code]

Hayabusa 2 après s'être placée en orbite autour de l'astéroïde doit étudier à distance les caractéristiques de celle-ci, puis envoyer un atterrisseur chargé d'effectuer des analyses in situ avant d'effectuer un prélèvement d'échantillon qui doit être ramené sur Terre.

La mission Hayabusa 2 a deux objectifs scientifiques :

  • L'étude de l'astéroïde à l'échelle macroscopique pour toutes les caractéristiques peuvent être mesurées à distance par les instruments de la sonde spatiale : caméras multispectrales, spectromètre proche infra-rouge, imageur thermique infra-rouge, altimètre laser
  • L'étude de l'astéroïde à l'échelle microscopique à partir des échantillons rapportés sur Terre.

Le petit atterrisseur MASCOT doit permettre d'effectuer une analyse minéralogique in situ du sol de l'astéroïde pour mettre en évidence d'éventuels minéraux hydratés et carbonés. Il doit également fournir le contexte scientifique aux observations effectuées à distance.

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

Hayabusa 2 a des caractéristiques très proches de celle de la sonde Hayabusa qui l'a précédé. Les différences portent principalement sur l'ajout d'une deuxième antenne grand gain, la modification des moteurs ioniques, l'emport du petit atterrisseur MASCOT développé par l'agence spatiale allemande DLR, le système de collecte d'échantillon qui utilise un impacteur et des modifications apportées au système de roues à réaction. La masse totale passe de 510 kg à 600 kg dont 100 kg d'ergols et les dimensions du corps de la sonde spatiale de 1,0 m × 1,6 m × 1,1 m à 1,0 m × 1,6 m × 1,25 m[4].

Hayabusa 2 est alimenté en énergie par des panneaux solaires fixes déployés en orbite (envergure 6 mètres) fournissant 2,6 kW à 1 Unité Astronomique du Soleil. La propulsion principale utilise 4 moteurs ioniques ayant une poussée de 28 milliNewton et utilisant du xénon avec une impulsion spécifique de 2 080 s fournissant un delta-V total de 2 km/s. Les petites corrections de trajectoire et les manœuvres à proximité de la Terre et de l'astéroïde sont effectuées à l'aide de 12 petits propulseurs chimiques brulant de l'hydrazine et ayant une poussée de 20 newtons. Le contrôle d'attitude est réalisé à l'aide de 4 roues de réaction, 2 viseurs d'étoiles, 2 centrales à inertie, 4 accéléromètres et 4 senseurs solaires. Les télécommunications sont assurées via deux antennes paraboliques fixes à grand gain (une en bande X l'autre en bande Ka) et une antenne moyen gain[5],[6].

Hayabusa II embarque trois petits rovers MINERVA de 1,5 kg analogues à ceux emmenés par Hayabusa et un atterrisseur franco-allemand MASCOT de 10 kg. Ce dernier constitue une nouveauté par rapport à la première mission Hayabusa.

L'atterrisseur MASCOT[modifier | modifier le code]

L'atterrisseur MASCOT (Mobile Asteroid Surface SCOuT), développé par l'agence spatiale allemande DLR avec une participation de l'agence spatiale française du CNES, dérive en partie des travaux réalisés sur l'atterrisseur Philae de la sonde européenne Rosetta et des études menées dans le cadre de la proposition de mission MarcoPolo-R. Il doit mener des études scientifiques in situ à la surface de l'astéroïde. Il s'agit d'un engin de 10 kg dont 3 kg de charge utile. Ses dimensions extérieures sont de 0,3 x 0,3 x 0,2 m. La structure est réalisée en fibre de carbone composite. La protection thermique est réalisée de manière passive grâce à un boitier en aluminium contenant les cartes électroniques et un revêtement thermique multicouches MLI. Il est doté d'une source d'énergie non renouvelable (batterie de 220 Wh) qui lui donne une durée de vie d'environ 12 heures et lui permet d'effectuer trois déplacements. MASCOT utilise une masse excentrée située au bout d'un bras qui en pivotant fournit un moment suffisant pour déplacer l'atterrisseur. Ce système est également utilisé à l'atterrissage pour retourner si nécessaire l'engin afin de permettre à ses instruments de fonctionner de manière nominale. L'atterrisseur dispose d'un ordinateur embarqué qui permet à MASCOT de fonctionner de manière autonome et communique avec son vaisseau mère par le biais de deux antennes omnidirectionnelles situées sur deux faces opposées. Des capteurs, constitués de détecteurs thermiques et de cellules solaires, sont chargés de détecter l’atterrissage, l'orientation et les mouvements à la surface de l'astéroïde[7].

Les rovers Minerva[modifier | modifier le code]

Hayabusa 2 embarque trois petits rovers MINERVA (A / 1B / 2) proches de celui déposé par la sonde précédente. Il s'agit d'engins de 1,5 kg disposant de caméra et de thermomètres.

Instrumentation scientifique[modifier | modifier le code]

La charge utile est composée en grande partie d'instruments déjà présents sur la première sonde spatiale Hayabusa mais également de nouveaux instruments [5] :

  • Imageur multibande ONC-I fonctionne dans la bande 0,1 à 1 microns. La caméra comporte deux optiques : un téléobjectif avec un champ optique de 5,7 x 5,7° et une optique normale de 57x 57°. Le capteur comporte 1024x1024 pixels. L'instrument dispose de 7 filtres.
  • Spectromètre proche infrarouge NIRS3 (Near IR Spectrometer) observant dans les longueurs d'ondes 1,7-3,4 microns refroidi passivement. La bande de 3 microns constitue une nouveauté.
  • Imageur thermique infrarouge TIR (Thermal IR Imager) observant dans les longueurs d'ondes 7 à 14 microns est un instrument développé pour la sonde vénusienne Akatsuki. Le chsmp optique est de 12x16° et le détecteur comporte 320x240 pixels.
  • Altimètre laser LIDAR permet de mesurer les distances de 50 m à 50 km.
  • Rover Minerva II  : ce petit rover similaire à celui embarqué par Hayabusa devrait emporter des caméras et des thermomètres

Le système de collecte d'échantillons a été fortement revu pour pallier les problèmes rencontrés par le collecteur utilisé par Hayabusa :

  • Le petit impacteur SCI (Small Carry-on Impactor) de 18 kg est nouveau. Il comprend une charge d'explosifs qui doit accélérer une masse de 2 kg à 2 km/s. Cette dernièe, en frappant le sol de la comète, doit créer un cratère de 2 mètres de diamètre et soulever des parties du sol qui sont alors recueillies. Une caméra DCAM (Deployable Camera) dérivé d'un instrument emporté par la sonde spatiale IKAROS doit filmer l'impact.
  • Le système de collecte en forme de corne a été amélioré sur plusieurs points : joint d'étanchéité, 3 chambres de stockage au lieu de 2, ...

L'atterrisseur MASCOT fourni par l'agence spatiale allemande avec une participation du CNES emporte 3 kg de charge utile constituée :

Déroulement de la mission[modifier | modifier le code]

Lancement et transit jusqu'à l'astéroïde[modifier | modifier le code]

Hayabusa 2 est lancée le 3 décembre 2014 à 4h22 UTC par une fusée H-IIA depuis la base de lancement de Tanegashima[8]. Le lanceur emporte également trois autres petits engins spatiaux placés comme Hayabusa 2 sur une orbite héliocentrique : PROCYON une micro sonde spatiale de 59 kg qui doit effectuer au moins un survol d'astéroïde, Shi'nen 2, un nano satellite expérimental de 15 kg, DESPATCH (Deep Space Amateur Troubadour’s Challenge) une oeuvre artistique de 20 kg. Après un survol de la Terre en décembre 2015 pour bénéficier de son assistance gravitationnelle, la sonde spatiale arrive à proximité de l'astéroïde 1999 JU3 vers juillet 2018[9].

Étude de l'astéroïde et recueil des échantillons du sol[modifier | modifier le code]

Hayabusa 2 séjourne un an et demi près de l'astéroïde. De juillet 2018 à février 2019 la sonde spatiale étudie à distance l'astéroïde avec ses instruments. Au cours du printemps 2019 les 4 atterrisseurs MASCOT et MINERVA sont largués sur le sol et effectuent leurs observations in situ durant leur brève durée de vie. Au cours de la même période la sonde spatiale effectue des répétions des opérations de prise d'échantillon. La prise d'échantillon se fait au cours de l'été 2019[10].

Pour réaliser la collecte d'échantillon, la sonde spatiale s'approche du sol de l'astéroïde et arrivé à 100 mètres de celui-ci largue un marqueur destiné à la guider jusqu'au sol de manière à annuler sa vitesse horizontale (la vitesse verticale est annulée à l'aide de l'altimètre embarqué). Le marqueur est une sphère d'un diamètre de 10 cm d'environ 300 grammes remplie de billes en aluminium dont le rôle est de dissiper l'énergie cinétique au moment de l'impact avec le sol pour éviter un rebond. La sonde spatiale illumine alors le sol avec un flash dont la lumière est réfléchie par le marqueur recouvert d'une enveloppe métallique à plusieurs facettes. En analysant la lumière réfléchie, l'ordinateur embarqué de la sonde spatiale peut mesurer sa vitesse horizontale. Arrivé à 30 mètres du sol il aligne son orientation par rapport à la topographie locale puis descend se poser brièvement[11].

Le système de collecte est utilisé pour recueillir un premier échantillon de sol lors du bref atterrissage de la sonde spatiale qui reprend immédiatement de l'altitude. Le deuxième recueil d'échantillon utilise un impacteur pour permettre le prélèvement dans une couche préservée du sol. L'impacteur est largué à bonne distance de l'astéroïde puis la sonde spatiale navigue de manière à ce que l'astéroïde s'interpose entre elle et l'impacteur. Une charge explosive portée par l'impacteur est alors déclenchée : elle projette l'impacteur à une vitesse de 2 km/s sur le sol de l'astéroïde creusant un cratère. Une deuxième campagne de prélèvement est alors effectuée cette fois à l'emplacement du cratère creusé artificiellement[9].

Retour sur Terre de l'échantillon[modifier | modifier le code]

Hayabusa 2 achève ses observations à distance au cours de l'automne 2019 et reprend la direction de la Terre en décembre 2019. La capsule d'échantillons est larguée aux abords de la Terre en décembre 2020 et le vaisseau mère se dirige alors vers un des points de Lagrange. La capsule effectue sa rentrée atmosphérique à une vitesse de 11,6 km/s et atterrit comme dans la mission antérieure en Australie. Au cours des 6 années de la mission, la sonde spatiale fait fonctionner durant 1,5 ans ses moteurs ioniques qui lui permettent de modifier sa vitesse de 2 km/s[9].

Notes et références[modifier | modifier le code]

  1. Rémy Decourt, « En bref : le Cnes et le DLR fourniront l'atterrisseur d'Hayabusa-2 », futurasciences,‎ 27 juin 2013
  2. (en) « Asteroid explorer "Hayabusa 2" », JAXA (consulté le 2 juillet 2013)
  3. (en) Paul Abell et all, « "Hayabusa 2" »,‎ 29 juillet 2014, p. 13-14
  4. (en) Paul Abell et all, « "Hayabusa 2" »,‎ 29 juillet 2014, p. 5
  5. a et b (en) « Asteroid explorer "Hayabusa 2" », JAXA (consulté le 2 juillet 2013)
  6. « La sonde Hayabusa 2 », CNES (consulté le 5 juillet 2013)
  7. « Hayabusa-II > L'atterrisseur MASCOT », CNES (consulté le 30 septembre 2014)
  8. (en) William Graham, « Japanese H-IIA kicks off Hayabusa 2’s asteroid mission », sur NASASPaceflight.com,‎ 2 décembre 2014
  9. a, b et c (en) Paul Abell et all, « "Hayabusa 2" »,‎ 29 juillet 2014, p. 10
  10. « Mission MASCOT/Hayabusa 2 », CNES (consulté le 4 décembre 2014)
  11. (en) Sawau Shujori, « Hayabusa's Return Jourey to Earth - With the hopes of 880 000 people », sur JAXA (consulté le 2 décembre 2014)

Voir aussi[modifier | modifier le code]

Articles connexes[modifier | modifier le code]

Liens externes[modifier | modifier le code]