Jupiter Icy Moon Explorer

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Jupiter Icy Moon Explorer (JUICE)

Description de l'image  JUICE spacecraft concept.jpg.
Caractéristiques
Organisation Agence spatiale européenne
Domaine Exploration des lunes glacées de Jupiter
Type de mission Orbiteur
Masse ~5 tonnes
Lancement 2022
Lanceur Ariane 5
Fin de mission 2033
Survol de Callisto, Europe
Satellite de Jupiter, Ganymède
Insertion en orbite 2030 (Jupiter)
Propulsion Chimique
Delta-V ~3 km/s
Source énergie Panneau solaire
Puissance électrique 650 W (Jupiter)
Programme Cosmic Vision
Site Site ESA

Jupiter Icy Moon Explorer ou JUICE (anciennement JGO et EJSM/Laplace) est une mission spatiale de l'Agence spatiale européenne qui doit être lancée en 2022 vers les lunes de Jupiter par une fusée Ariane 5. Cette sonde spatiale doit étudier en les survolant à plusieurs reprises trois des lunes glacées de Jupiter - Callisto, Europe et Ganymède - avant de se placer en orbite en 2032 autour de cette dernière pour une étude plus approfondie qui doit s'achever en 2033. Pour parvenir jusqu'au système jovien la sonde utilisera à quatre reprises l'assistance gravitationnelle de la Terre et de Vénus.

La sonde a une masse d'environ 5 tonnes et utilise des panneaux solaires pour produire son énergie. Elle emporte environ 100 kilogrammes d'instrumentation scientifique dont un radar, un magnétomètre, des spectromètres et des caméras. JUICE est la mission scientifique phare (L-Class) du programme spatial scientifique de l'ESA Cosmic Vision pour la décennie 2015-2025. Le projet a été lancé sous l'appellation Jupiter Ganymede Orbiter (JGO) mais a été légèrement remanié et rebaptisé à la suite de l'abandon en 2010 par la NASA d'une mission conjointe vers Europe (EJSM/Laplace). La mission, qui était opposée aux projets d'astronomie spatiale ATHENA et NGO a été sélectionnée par le comité du programme scientifique de l'ESA en mai 2012. Il s'agit de la première sonde spatiale européenne à destination des planètes externes du système solaire.

Contexte[modifier | modifier le code]

La lune Ganymède principal objectif de la mission JGO.

À la découverte des lunes galiléennes[modifier | modifier le code]

La planète Jupiter avec son cortège de satellites constitue l'archétype des planètes géantes gazeuses existant dans le système solaire. La sonde spatiale Galileo a découvert en 1995 que les quatre lunes de Jupiter dites galiléennes de Jupiter (Io, Europe, Ganymède et Callisto) comportaient sans doute un océan sous leur croûte glacée. Cette découverte est à l'origine d'une nouvelle théorie selon laquelle les océans enfouis sous la glace pourraient constituer des mondes habitables permettant l'émergence d'une vie organisée. Si les géantes gazeuses, très fréquentes dans les autres systèmes planétaires, sont similaires à Jupiter, alors les satellites recouverts de glace pourraient constituer l'habitat le plus fréquent dans l'univers, plus fréquent que les planètes du type de la Terre qui nécessitent que des conditions très précises soient réunies pour que leurs océans à l'air libre puissent exister. [1].

La sonde Galileo a également découvert que Ganymède avait un champ magnétique, une caractéristique unique parmi les satellites du système solaire. Par ailleurs on considère que Ganymède et Europe sont le siège d'une activité interne due aux forces de marée créées par Jupiter ainsi que par d'autres sources d'énergie. L'étude des environnements très différents de ces quatre lunes devrait permettre d'identifier les mécanismes physiques et chimiques qui conditionnent l'évolution du système jovien[1].

Le programme scientifique spatial Cosmic Vision[modifier | modifier le code]

Le programme scientifique spatial Cosmic Vision de l'agence spatiale européenne pour la décennie 2015-2025 prévoit le lancement d'une unique mission « phare » L-Class (L pour large) durant cette période. À l'issue d'un processus de présélection, trois projets de mission ont été retenus : NGO (ex-LISA) un observatoire d'ondes gravitationnelles utilisant la technique de l'interférométrie, ATHENA (ex-IXO) et ex-XEUS un télescope spatial à rayons X développé avec l'agence spatiale japonaise (JAXA), et JUICE, une mission d'étude des lunes galiléennes centrée sur Ganymède. En mai 2012, le projet JUICE a été retenu par le comité du programme scientifique de l'Agence spatiale européenne. De son côté la NASA a renoncé à développer une mission à destination de la lune Europe. Elle a par contre lancé en aout 2011 la mission Juno qui doit étudier la structure interne de Jupiter, ainsi que sa magnétosphère. Cependant, l'étude des lunes galiléennes et celle du système jovien ne font pas partie de ses objectifs[1].

Objectifs scientifiques[modifier | modifier le code]

Exploration de la zone habitable[modifier | modifier le code]

L'objectif scientifique principal de la mission JUICE est de déterminer dans quelle mesure les lunes de Jupiter et en en particulier Ganymède sont susceptibles d'accueillir la vie.

Les objectifs scientifiques de la mission sont les suivants[2] :

Déterminer les caractéristiques de Ganymède en tant que planète et qu'habitat potentiel
  • Déterminer l'étendue de l'océan et ses interactions avec le noyau rocheux de la lune
  • Déterminer les caractéristiques de la croûte glacée
  • Comprendre le processus de formation des structures présentes en surface et rechercher les indices d'activités passées et présentes
  • Déterminer les caractéristiques de l'environnement local et ses interactions avec la magnétosphère de Jupiter
Explorer les régions d'Europe sièges d'une activité récente
  • Déterminer la composition des matériaux autres que la glace en particulier lorsqu'ils peuvent concerner l'habitabilité de la lune
  • Rechercher l'eau sous forme liquide dans les régions les plus actives
  • Étudier les processus ayant laissé des traces récentes
Étudier Callisto en tant que vestige du système jupitérien initial
  • Déterminer les caractéristiques des couches externes y compris les océans
  • Étudier l'activité passée

Étude du système jovien[modifier | modifier le code]

Déterminer les caractéristiques de l'atmosphère de Jupiter
  • Dynamique et circulation de l'atmosphère
  • Déterminer la composition de l'atmosphère et les processus chimiques
  • Déterminer la structure verticale de l'atmosphère
Explorer la magnétosphère de Jupiter
  • Étudier les propriétés du magnéto disque jupitérien et son rôle d'accélérateur de particules
  • Comprendre le rôle des lunes en tant que source et puits du plasma magnétosphérique
Étudier les satellites de Jupiter et le système d'anneaux
  • Étudier l'activité d'Io et la composition de sa surface
  • Déterminer les caractéristiques principales des anneaux de Jupiter et des petits satellites de la planète géante.

Déroulement de la mission[modifier | modifier le code]

La sonde spatiale doit être lancée par une fusée Ariane 5 en juin 2022. Pour rejoindre le système jovien, JEO utilise à quatre reprises l'assistance gravitationnelle des planètes intérieures : la Terre, puis Vénus et de nouveau à deux reprises la Terre.

La sonde utilise l'assistance gravitationnelle de Io pour s'insérer sur une orbite elliptique initiale de 200 jours autour de Jupiter. L'excentricité de l'orbite est fortement réduite après avoir bouclé un premier tour en utilisant une nouvelle fois l'assistance gravitationnelle de Io (juillet 2026). La mission scientifique démarre dès l'entrée dans le système jovien.

La sonde effectue d'abord 9 survols de Callisto puis se place sur une orbite polaire autour de Ganymède. Durant une première phase de 120 jours, la sonde circule sur une orbite elliptique de 10 000x200 km puis sur une orbite circulaire de 5 000 km. Puis la sonde descend sur une orbite circulaire de 400 km durant 180 jours. La mission principale s'achève en 2029[3].

Calendrier et contenu de la mission avant et après refonte de 2011[3]
Jalon JUICE Projet JGO (projet initial)
Lancement juin 2022 juillet 2020
Nombre assistances gravitationnelles 4 3
En orbite autour de Jupiter janvier 2030 février 2026
En orbite autour de Ganymède septembre 2032 2028
Fin de la mission juin 2033 2029
Survols 2 survols d'Europe
3+9 survols de Callisto
Orbite autour de Ganymède
9 survols de Callisto
Orbite autour de Ganymède
Étude Ganymède Orbite elliptique haute (5 mois)
Orbite circulaire 500 km (3 mois)
Orbite circulaire 100 km (1 mois)
Orbite elliptique haute puis orbite circulaire 5000 km (6 mois)
Orbite circulaire 400 km (6 mois)

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

Les contraintes[modifier | modifier le code]

La conception de la sonde est dictée par les contraintes suivantes[4] :

  • l'éloignement du Soleil
  • la nécessité de recourir aux panneaux solaires pour fournir l'énergie électrique
  • l'environnement radiatif sévère dans lequel la sonde doit circuler à compter de son arrivée dans le système jovien
  • le nombre important de manœuvres (plus de 25) utilisant la propulsion principale d'une part pour l'assistance gravitationnelle durant la phase de transit entre la Terre et le système jovien d'autre part pour effectuer les survols programmés durant la phase scientifique. Ces manœuvres nécessitent d'emporter une quantité importante de carburant (ratio de 2,6 à 1 entre la masse totale et la masse sèche).
  • L'éloignement de la Terre : le temps mis par le signal radio pour faire un aller-retour est de 1h46 ; la sonde doit donc disposer d'une grande autonomie pour exécuter sa mission.

Plateforme[modifier | modifier le code]

La sonde a une masse totale de 4 590 kg dont environ 2 900 kg carburant qui doivent permettre de produire environ un delta-v d'environ 2,7 km/s. L'énergie électrique est fournie par des panneaux solaires orientables de très grande taille (plus de 60 m²) pour compenser l'éloignement du Soleil. Pour affronter le champ magnétique intense de Jupiter, les organes les plus sensibles de la sonde sont abrités derrière un blindage d'environ 10 mm d'aluminium qui représente une masse totale de 80 kg. La sonde devrait recevoir une dose de radiations ionisantes derrière son bouclier de 850 grays mais devra être conçue pour résister à 1 500 grays. La sonde est stabilisée 3 axes ; lorsqu'elle est en orbite autour de Ganymède elle est mise en rotation autour d'un de ses axes pour stabiliser son orientation. Le système de télécommunications fonctionne en bande X et Ka ; il utilise une antenne fixe grand gain de plus de 3 mètres de diamètre[3].

La charge utile[modifier | modifier le code]

La charge utile ainsi que l'avionique représente une masse de 104 kg. La consommation électrique moyenne allouée à l'instrumentation est de 120 à 150 Watts. Il est prévu que la sonde emporte 11 instruments scientifiques[3],[5] :

  • L'altimètre laser GALA (Ganymede Laser Altimeter)
  • Le radar RIME (Radar for Icy Moons Exploration')) permettant d'effectuer des observations sur le sous-sol (SSR) comporte une antenne de 10 mètres de long.
  • Le spectromètre MAJIS (Moons and Jupiter Imaging Spectrometer) en lumière visible et infrarouge (VIRHIS)
  • Le spectrographe ultraviolet UVS (UV Imaging Spectrograph)
  • L'instrument de mesures des ondes radio et plasma RPWI (Radio & Plasma Wave Investigation)) dispose de plusieurs antennes de 2 à 3 mètres de long
  • Le sondeur millimétrique SWI (Sub-millimetre Wave Instrument)
  • Les caméras JANUS (Jovis, Amorum ac Natorum Undique Scrutator, camera system) comprennent une caméra à haute résolution (HRC) et une caméra grand angle munie de 12 filtres (WAC)
  • Le magnétomètre J-MAG (Magnetometer for JUICE) comprend une antenne de 5 mètres de long.
  • L'instrument de mesure des particules et du plasma PEP (Particle Environment Package)
  • Le système de télécommunications doit être utilisé pour des expériences de radioscience sous l'appellation PRIDE (Planetary Radio Interferometer & Doppler Experiment) afin d'effectuer de sondage de l'atmosphère par occultation radio
  • L'expérience 3GM (Gravity & Geophysics of Jupiter and Galilean Moons)

Historique[modifier | modifier le code]

Présélection de la mission JGO et coopération avec la NASA[modifier | modifier le code]

La première version du projet en collaboration avec la NASA : la mission américaine JEO (en haut) et la sonde européenne JGO (en bas).

La mission, sous l'appellation JGO (Jupiter Ganymede Orbiter), s'inscrit initialement dans le cadre du programme d'exploration américano-européen du système jupitérien Europa Jupiter System Mission (EJSM) qui comprend également la mission de la NASA Jupiter Europa Orbiter (JEO). Cette dernière doit se placer en orbite autour de Europe, satellite de Jupiter, pour l'étudier. La coordination entre les deux missions doit porter à la fois sur le développement de l'instrumentation scientifique et sur les objectifs scientifiques. En 2009 JGO fait partie des projets présélectionnés pour la mission « phare » L-class (L comme Large) est en concurrence avec deux autres missions européennes, LISA et IXO. Une seule de ces trois missions doit être retenue à l'issue du processus de sélection qui a débuté en octobre 2010 et doit s'achever en juin 2011.

L'abandon de la mission JEO par la NASA et la refonte du projet[modifier | modifier le code]

À la suite de l'abandon de la mission JEO par la NASA pour des raisons budgétaires, l'Agence spatiale européenne décide en avril 2011 de refondre le programme de la mission JGO pour tenir compte de ce nouveau contexte. Le nouveau projet est baptisé JUICE. La participation américaine dans le projet de départ ne constitue pas une contrainte. La réflexion porte essentiellement sur la capacité du projet à prendre en charge l'objectif assigné à la sonde américaine c'est-à-dire l'étude de la lune Europe. L'étude conclut que la collecte des données prévues sur Europe nécessite d'effectuer 50 à 100 survols de cette lune ce qui implique de sacrifier l'étude des autres lunes et de Jupiter. Par ailleurs les survols d'Europe devront s'effectuer dans un environnement radiatif beaucoup plus sévère qui nécessite un budget qui ne rentrerait peut être pas dans l'enveloppe assignée à la mission européenne[6]. Compte tenu de ces conclusion, l'ESA décide de modifier son projet JGO pour y inclure deux survols d'Europe ainsi qu'une phase d'exploration de Jupiter sur une orbite à forte inclinaison[7],[8]. La mission refondue renommée JUICE fait partie des candidats à la mission lourde (L1) du programme spatial européen Cosmic Vision. Le projet JUICE est déclaré vainqueur de la sélection le 2 mai 2012  ; il est prévu que la sonde spatiale soit lancée en 2022 par une fusée Ariane V [9].

Développement de la sonde[modifier | modifier le code]

Notes et références[modifier | modifier le code]

Notes[modifier | modifier le code]


Références[modifier | modifier le code]

Sources[modifier | modifier le code]

  • (en) ESA, Assessment Study Report : JUICE Exploring the emergence of habitable worlds around gas giants,‎ 2011 (lire en ligne)Document utilisé pour la rédaction de l’article
    Rapport d'évaluation de la mission JUICE rédigé avant sa sélection.

Voir aussi[modifier | modifier le code]

Articles connexes[modifier | modifier le code]

Liens externes[modifier | modifier le code]