Lunar Atmosphere and Dust Environment Explorer

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Lunar Atmosphere and Dust Environment Explorer

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Vue d'artiste

Caractéristiques
Organisation NASA
Domaine Étude de l'exosphère de la Lune
Type de mission orbiteur
Statut mission achevée
Masse 383 kg
Lancement 7 septembre 2013
Lanceur Minotaur V
Fin de mission 17 avril 2014
Durée de vie 163 jours
Orbite Orbite basse équatoriale rétrograde
Altitude ~ 50 km
Programme Lunar Quest
Site Site officiel NASA
Principaux instruments
NMS Spectromètre de masse
UVS Spectromètre ultraviolet et visible
LDEX Mesure de la poussière

Lunar Atmosphere and Dust Environment Explorer (en abrégé LADEE, prononcé /la.diː/ ; en français « Explorateur de l'atmosphère lunaire et de son environnement de poussière ») est une mission spatiale de la NASA dont l'objectif principal est l'étude de l'atmosphère ténue (exosphère) et de la poussière de la Lune en suspension. Pour remplir cette mission, l'agence américaine place la sonde spatiale en orbite autour du satellite de la Terre à une altitude très basse (50 kilomètres) pour une mission de 100 jours afin que ses instruments puissent déterminer la composition de l'atmosphère de la Lune et les caractéristiques de la poussière lunaire en suspension à proximité de notre satellite. LADEE est une sonde spatiale de petite taille (383 kg avec les ergols) et à coût réduit qui emporte trois instruments scientifiques comprenant un analyseur de poussière, un spectromètre de masse et un spectromètre fonctionnant en ultraviolet et en lumière visible. La sonde emporte également un système expérimental de communications par laser qui doit contribuer à valider l'utilisation de cette technique dans le cadre des missions interplanétaires. LADEE a été lancé par une fusée Minotaur V depuis le site de Wallops Island le 7 septembre. Il s'agit du premier tir de ce lanceur léger dans cette configuration qui comporte un étage supplémentaire. La mission de LADEE s'est achevée le 17 avril 2014.

Contexte[modifier | modifier le code]

Au milieu des années 2000 deux rapports - l'Étude décennale sur les sciences planétaires produit par le Conseil national de la recherche des États-Unis et le rapport sur le contexte scientifique de l'exploration de la Lune (Scientific Context for Exploration of the Moon, SCEM) rédigé dans le cadre du programme Constellation - font de l'étude de l'exosphère lunaire une des priorités scientifiques de l'exploration du Système solaire. Pour répondre à cette attente, la NASA décide en février 2008 de développer un petit orbiteur baptisé LADEE[Note 1], qui doit collecter des données en se plaçant sur une orbite basse autour de la Lune[1]. La mission a un cout prévisionnel de 280 millions de dollars incluant le lancement et la phase opérationnelle. La NASA confie la réalisation de la sonde spatiale à deux de ses centres : la gestion du projet et l'assemblage de la sonde spatiale sont pris en charge par le centre de recherche Ames tandis que le Centre Marshall est responsable de la gestion de l'instrumentation embarquée qui est développée par d'autres entités internes ou externes (Goddard, Ames, Université du Colorado). La mission spatiale LADEE est rattachée au programme Lunar Quest dont l'objectif est l'étude scientifique de la Lune à l'aide d'engins robotisés à cout modéré. Le programme comprend également la mission LRO lancée en juin 2009[2].

Objectifs de la mission[modifier | modifier le code]

L'étude de l'atmosphère des autres planètes et lunes contribue à notre compréhension des processus à l’œuvre dans l'atmosphère terrestre. Les objectifs de la mission LADEE sont d'étudier l'atmosphère ténue de la Lune (exosphère) ainsi que la poussière lunaire en suspension dans celle-ci. L'exosphère de notre satellite se rattache à la catégorie d'atmosphère la plus répandue dans le système solaire caractérisée par une densité très faible décroissant rapidement lorsqu'on s'élève au-dessus de la surface. Les caractéristiques de ce type d'atmosphère sont mal connues. Dans ce contexte les objectifs de la mission sont[3] :

  • Déterminer la densité globale, la composition et les variations dans le temps de l'atmosphère ténue de la Lune.
  • Déterminer ses interactions avec la surface, son origine et les processus qui contribuent à la faire disparaitre. En effet celle-ci est très fragile et risque d'être modifiée par les futures activités humaines.
  • Déterminer les caractéristiques de la poussière présente dans l'atmosphère lunaire et déterminer ses impacts sur celle-ci. Les équipages du programme Apollo qui avaient atterri sur la Lune avaient observé des lueurs au niveau de l'horizon. La mission devrait permettre de savoir si la poussière lunaire est à l'origine de ce phénomène.
  • Déterminer la taille, la charge électrique et la distribution spatiale des grains de poussière transportés par les forces électrostatiques et déterminer leurs effets pour la conception des missions d'exploration et des instruments d'astronomie basés sur le sol lunaire.

Initialement la planification de la mission prenait en compte l'arrivée prochaine sur le sol lunaire des équipages du programme Constellation qui a été annulé par la suite. Il s'agissait d'effectuer l'étude de l'exosphère avant que les activités humaines à sa surface ne puissent modifier de manière significative ses caractéristiques.

La mission doit également permettre de :

  • Valider l'utilisation de laser pour les télécommunications spatiales à grande distance
  • Contribuer à la mise au point d'une architecture d'engin spatial à bas cout capable de réaliser des missions interplanétaires
  • Valider l'utilisation de la fusée Minotaur V pour le lancement de missions interplanétaires.

Caractéristiques techniques[modifier | modifier le code]

LADEE a une forme cylindrique (2,37 m de haut pour un diamètre de 1,85 m) et pèse 383 kg dont 49,6 kg d'instruments scientifiques et environ 134,8 kg d'ergols. Le satellite est stabilisé 3 axes à l'aide de roues de réaction. 30 panneaux solaires couvrant le corps de la sonde spatiale peuvent fournir une puissance électrique de 295 Watts. LADEE dispose d'une propulsion à ergols liquides brulant un mélange de monométhylhydrazine et de peroxyde d'azote mis sous pression par de l'hélium. Un moteur-fusée principal d'une poussée de 460 Newtons est utilisé pour les modifications de l'orbite tandis que 4 petits propulseurs de 22 N. sont mis en œuvre pour stabiliser la sonde lorsque le propulseur principal fonctionne et pour désaturer les roues de réaction. Les communications se font en bande S par l'intermédiaire d'une antenne moyen gain et d'une antenne faible gain. L'architecture de LADEE repose sur une structure modulaire (Modular Common Spacecraft Bus). Le système de télécommunications permet un débit de 10 ko/s pour les données scientifiques. La NASA espère pouvoir réutiliser les modules remplissant des fonctionnalités standard pour de prochaines missions interplanétaires permettant d'économiser une partie des couts de développement (architecture Modular Common Spacecraft Bus)[4].

Instrumentation scientifique[modifier | modifier le code]

LADEE emporte trois instruments scientifiques qui sont tous dérivés d'instruments ayant déjà volé à bord de sondes spatiales[5]  :

  • UVS (Ultraviolet and Visible Light Spectrometer) est un spectromètre fonctionnant en lumière visible et en ultraviolet chargé de déterminer la composition de l'atmosphère lunaire en analysant les signatures lumineuses des matériaux qui s'y trouvent. UVS permet de détecter les longueurs d'ondes comprises entre 230 et 810 nanomètres. Il utilise deux modes d'observation : l'observation du limbe lunaire effectuée en pointant le télescope environ 20 km au-dessus de la surface au niveau du terminateur. L'autre mode d'observation consiste à observer le Soleil lorsque celui-ci passe derrière l'exosphère de la Lune : ce mode permet de mesurer la proportion de poussière présente dans l'exosphère et d'en déduire sa quantité.
  • NMS (Neutral Mass Spectrometer) est un spectromètre de masse qui mesure les concentrations des différents composants de l'atmosphère lunaire et leurs variations dans le temps et dans l'espace. NMS permet de détecter toute molécule ou atome ayant une masse atomique comprise entre 2 et 150. L'instrument doit en particulier mesurer les quantités d'hélium qui reflètent l'impact du vent solaire sur l'exosphère lunaire ainsi que l'argon. NMS permet également de mesurer la présence d'éléments métalliques qui reflètent l'existence de processus générant l'atmosphère nécessitant plus d'énergie comme l'impact des micrométéorites à la surface. Enfin l'instrument doit également mesurer la présence de traces d'atomes ou molécules comme le méthane, le soufre, le magnésium, le monoxyde de carbone, l'hydrogène et l'eau ou des fragments de type hydroxyle.
  • LDEX (Lunar Dust Experiment) collecte et analyse la poussière présente dans l'atmosphère ténue de la Lune. Les particules de poussière viennent frapper une cible ayant la forme d'un hémisphère générant un nuage d'électrons et d'ions. Ces derniers sont focalisés et accélérés par un champ électrique et viennent frapper un détecteur de type disque à microcanaux. L'instrument permet de mesurer des poussières d'un diamètre d'un micron ou plus.


Enfin la sonde emporte un démonstrateur technologique LLCD (Lunar Laser Communications) qui permettra de tester l'utilisation d'un laser pour les communications des sondes spatiales lorsqu'elles se trouvent à grande distance de la Terre. Le faisceau laser émis par la sonde devrait atteindre un diamètre de 5 km à son arrivée sur Terre. Les communications par laser nécessitent un système de pointage plus précis mais elles sont susceptibles de nécessiter beaucoup moins d'énergie et de masse. Le système laser de LADEE devrait permettre de transférer des données avec un débit 6 fois supérieur à celui du système de télécommunications radio embarqué[6].

Déroulement de la mission[modifier | modifier le code]

Trajectoire de la sonde spatiale lunaire LADEE : A Lancement avec les différents phases de mise à feu des étages (1,2 et 3), B Orbite elliptique à forte excentricité, C Insertion en orbite lunaire, D Insertion sur l'orbite de travail. En vert (L) zone d'influence du champ de gravité de la Lune.

Lancement[modifier | modifier le code]

La fenêtre de lancement de LADEE est de quelques jours par mois. Pour le mois de septembre 2013, elle s'ouvre le 6 et se referme le 10 et dure environ 15 minutes chaque jour. La sonde a été lancée le 6 septembre à 23 h 24 heure locale (7 septembre à h 24 UTC) depuis le site de Wallops Island par une fusée Minotaur V comportant cinq étages[7]. Cette version de ce lanceur léger à propergol solide est lancée pour la première fois : par rapport à la version Minotaur IV qui a déjà volé, il comporte un cinquième étage constitué par un propulseur à propergol solide Star 37FM qui a déjà fait ses preuves dans le cadre de lancements de satellites commerciaux[8].

Transit vers la Lune[modifier | modifier le code]

La sonde spatiale mettra environ 70 jours pour atteindre son orbite de travail autour de la Lune. Le lanceur place la sonde sur une orbite terrestre haute avec une forte excentricité avec un apogée à environ 50 rayons terrestres (la Lune se situe à environ 60 rayons terrestres). La sonde parcourt ainsi trois orbites en utilisant à chaque passage près de la Terre sa propulsion pour la corriger et l'élever. Environ 30 jours après le lancement, LADEE entre dans le champ de gravité de la Lune et utilise sa propulsion principale pour réduire sa vitesse et s'insérer sur une orbite circulaire équatoriale rétrograde à une altitude de 250 kilomètres le 6 octobre 2013[9].

Phase opérationnelle[modifier | modifier le code]

Après une phase de test d'environ 40 jours, l'orbite est abaissée à une altitude de 50 kilomètres et la mission scientifique débute le 10 novembre 2013. La qualité des données collectées s'accroit avec la diminution de l'altitude. L'altitude retenue est un compromis destiné à limiter la consommation d'ergols et obtenir une durée de vie suffisante pour la mission. En effet, compte tenu des irrégularités du champ de gravité de la Lune liées à la présence de réplétions, l'altitude de la sonde spatiale varie entre 20 et 60 kilomètres et nécessite d'être corrigée à l'aide des propulseurs tous les trois à cinq jours pour éviter que la sonde ne s'écrase prématurément sur le sol lunaire[9]. La mission primaire d'une durée de 100 jours s'achève en mars. Elle est prolongée jusqu'au 17 avril. Début avril, l'orbite a été abaissée de manière à ce que le satellite survole à moins de 2 km le sol lunaire. LADEE s'est écrasée à l'issue de sa mission le 17 avril sur la face cachée de la Lune pour éviter tout risque d'écrasement dans une des régions explorées par les missions lunaires passées[10].

Résultats[modifier | modifier le code]

Résultats scientifiques[modifier | modifier le code]

Système de télécommunication laser LLCD[modifier | modifier le code]

Le système de communications laser expérimental LLCD a été testé entre l'orbite lunaire et une station terrestre. Un débit descendant de 622 mégabits/s et ascendant de 20 mégabits/s a été atteint[10].

Galerie[modifier | modifier le code]

Notes et références[modifier | modifier le code]

Notes[modifier | modifier le code]

  1. Acronyme de Lunar Atmosphere and Dust Environment Explorer (en français « Explorateur de l'atmosphère lunaire et de son environnement de poussière »).

Références[modifier | modifier le code]

Sources[modifier | modifier le code]

Voir aussi[modifier | modifier le code]

Articles connexes[modifier | modifier le code]

Liens externes[modifier | modifier le code]