Mariner 10

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Mariner 10

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La sonde Mariner 10

Caractéristiques
Organisation JPL, NASA
Domaine Observation de Mercure et Vénus
Masse 473,9 kg
Lancement 3 novembre 1973 à 05:45 UTC
Lanceur Atlas-Centaur SLV-3C
Fin de mission 24 mars 1975
Orbite Survol de Vénus le 5 février 1974, survols de Mercure le 29 mars 1974, le 21 septembre 1974 et le 16 mars 1975
Programme Mariner
Index NSSDC 1973-085A
Principaux instruments
1er Caméra
2e Spectromètre ultraviolet
3e Radiomètre infrarouge
4e Analyse du plasma solaire
5e Analyse des particules chargées
6e Analyse des champs magnétiques
7e Dispositif d'occultation radio
Préparation de la sonde.

Mariner 10 est la dernière sonde spatiale du programme Mariner de la NASA. Elle est lancée le 3 novembre 1973, soit environ deux ans après la sonde Mariner 9, pour étudier les planètes Vénus et Mercure, et étudier les caractéristiques de l'espace interplanétaire. Mariner 10 est la première sonde à avoir effectué un survol de la planète Mercure ; celle-ci ne sera à nouveau visitée que 33 ans plus tard par la sonde Messenger le 14 janvier 2008. Mariner 10 est la première sonde à avoir utilisé l'assistance gravitationnelle d'une planète pour modifier sa trajectoire, se servant de l'attraction gravitationnelle engendrée par Vénus pour se propulser vers Mercure. Cette technique est depuis fréquemment utilisée afin d'économiser la quantité de carburant emportée pour les missions interplanétaires.

Mariner 10 est également la première sonde à exploiter le principe de la voile solaire. Le système de contrôle d'attitude de la sonde eut une défaillance en cours de mission. Les ingénieurs décidèrent alors d'utiliser la pression des photons sur les panneaux solaires pour maintenir l'orientation de la sonde en limitant ainsi la quantité de carburant qui aurait été nécessaire pour permettre aux propulseurs d'effectuer les corrections d'orientation nécessaires. À l'origine, Mariner 10 devait survoler Vénus et étudier son atmosphère (composition, structure, pression) et ses nuages, mais lors de la planification de sa trajectoire, les ingénieurs de la NASA se sont rendu compte qu'avec quelques ajustements, la sonde pourrait atteindre Mercure.

Contexte[modifier | modifier le code]

Article détaillé : Programme Mariner.

Mariner 10 est la dernière sonde du programme Mariner consacrée à l'exploration des planètes intérieures du système solaire dont la première mission, Mariner 1, est lancée en 1962. Ce programme est suivi par le programme Voyager dédié à l'exploration des planètes externes du système solaire. La mission Mariner 10 doit son existence aux progrès effectués dans le domaine de la mécanique spatiale et plus particulièrement dans celui de l'assistance gravitationnelle. Celle-ci permet à une sonde de modifier sa vitesse et sa trajectoire sans consommer de carburant en effectuant un survol à faible distance d'une planète. Ce concept, évoqué dans la littérature des années 1920-1930, est pris en considération à partir des années 1950. Son utilisation fait pour la première fois l'objet d'une étude détaillée au début des années 1960 par le JPL pour une mission aller-retour entre la Terre Et Vénus. Le JPL met au point à l'époque des outils mathématiques permettant d'identifier des trajectoires exploitant l'assistance gravitationnelle qui sont ensuite convertis en programmes informatiques. Les chercheurs du JPL découvrent ainsi l'existence de deux opportunités de mission Terre-Vénus-Mercure exploitant l'assistance gravitationnelle en 1970 et 1973. Des plans détaillés et une stratégie de navigation sont définis pour la fenêtre de lancement de 1970. Début 1970 Guiseppe Colombo de l'Institut de Mécanique Appliquée de Padoue (Italie), invité au JPL dans le cadre d'une conférence sur une éventuelle mission Terre-Vénus-Mercure en 1973, fait observer que la périodicité de l'orbite du vaisseau spatial après son survol de Mercure serait presque exactement le double de la périodicité de Mercure ce qui permettrait un deuxième survol. Cette hypothèse est confirmée par la suite par le JPL[1].

En juin 1968 le Bureau des Sciences Spatiales de l'Académie Nationale des Sciences produit un rapport sur les missions d'exploration du système solaire qui recommande l'envoi d'une mission vers Mercure tout en suggérant certains des équipements scientifiques à embarquer. La NASA prend en compte les conclusions de ce rapport et décide en 1969 de programmer la mission de 1973. Un comité de scientifiques est constitué par la NASA pour définir des objectifs scientifiques pertinents et sélectionner les instruments embarqués. La structure projet est mise en place en janvier 1970 au JPL. En juillet 1971, Boeing est sélectionné pour la conception et la fabrication de deux exemplaires de la sonde dont un doit être utilisé pour effectuer les tests[1].

Caractéristiques techniques[modifier | modifier le code]

La sonde Mariner 10 a une masse de 533,6 kg au lancement dont 29 kg d'hydrazine utilisée par les propulseurs chargées des corrections de trajectoire et 78 kg d'instruments scientifiques[2].

Les caractéristiques de Mariner 10 sont en grande partie communes avec celles des sondes spatiales du programme Mariner qui l'ont précédé : forme octogonale de la plateforme, panneaux solaires et batterie, senseurs solaire et stellaire, système de télécommunications en bande S, télémétrie, l'antenne grand gain et les deux antennes faible gain, support mobile permettant d'orienter les instruments scientifiques et système de propulsion utilisant de l'hydrazine pour effectuer les corrections de trajectoire. Des modifications ont été apportées pour permettre à la sonde de résister à l'intensité du rayonnement solaire qu'elle doit subir au cours de sa mission vers Mercure. Pour maintenir la température dans des limites acceptables, la sonde dispose d'un pare-soleil, de protections thermiques renforcées ; l'orientation de ses panneaux solaires peut être modifiée pour permettre de maintenir leur température en dessous de 115 °C. Le débit du système de télécommunications est renforcé et permet de transmettre 118 kilobits d'images par seconde[2].

Instruments scientifiques[modifier | modifier le code]

La sonde emporte 6 types d'instrument scientifique auxquels s'ajoute le système de télécommunication mis à contribution pour mesurer le champ de gravité[3] :

  • Un radiomètre infrarouge utilisé pour mesurer les températures à la surface de Mercure et celle des nuages de Vénus. L'instrument est une version modifiée d'un radiomètre embarqué sur les missions Mariner de 1969 et 1971,
  • Un détecteur de plasma utilisé pour mesurer la vitesse et la distribution du vent solaire au voisinage de Mercure et dans la zone du système solaire située en deçà de l'orbite de Vénus,
  • Un magnétomètre avec deux capteurs 3 axes montés sur une perche de 6,1 mètres de long pour mesurer le champ magnétique des planètes et dans le milieu interplanétaire,
  • Un système de mesure des particules destiné à mesurer l'impact des rayons cosmiques d'origine galactique sur l'héliosphère. L'instrument comporte un télescope chargé d'observer les particules à basse énergie (protons de 0,9 à 9 MeV et rayons alpha de 1,6 à 25 MeV) et les particules à haute énergie (électrons de 200 KeV à 30 MeV, protons de plus de 0,55 MeV et rayons alpha de plus de 40 MeV),
  • Un spectromètre ultraviolet extrême,
  • Deux caméras,
  • Le système de télécommunications était utilisé pour mesurer la masse et le champ de gravité des planètes.

Déroulement de la mission[modifier | modifier le code]

La sonde est lancée le 3 novembre 1973 par un lanceur Atlas - Centaur.

Survol de Vénus[modifier | modifier le code]

Mariner 10 survole Vénus le 5 février 1974 à 5 794 km d'altitude avant de se diriger vers Mercure. Durant son transit entre les planètes, la sonde étudie l'environnement interplanétaire en prenant des mesures sur les vents solaires et les champs magnétiques. Trois survols de Mercure sont ensuite effectués.

Premier survol de Mercure[modifier | modifier le code]

Le premier survol, le 29 mars 1974, est un passage à 703 km d'altitude qui permet de découvrir que Mercure possède un champ magnétique, alors que les scientifiques pensaient qu'il n'en existait pas, et qu'elle comporte une atmosphère très ténue (exosphère). La faible densité de la croûte est également remarquée. Les premières photos détaillées de la surface de la planète qui sont prises dévoilèrent une surface couverte de cratères, à l'apparence très proche celle de la Lune. 2 300 photographies en moyenne (3–20 km/pixel) et haute résolution (moins d'1 km/pixel) sont prises lors de ce premier passage.

Deuxième survol de Mercure[modifier | modifier le code]

Le deuxième survol, le 21 septembre 1974 est effectué à 48 069 km d'altitude et permet de cartographier environ 45 % de la surface de la planète. Seules 750 nouvelles photos de la planète ont pu être prises, à cause d'un problème technique avec l'enregistreur embarqué.

Troisième survol de Mercure[modifier | modifier le code]

Enfin, le dernier survol, le 16 mars 1975, à 327 km d'altitude, a pour objectif d'étudier de manière détaillée le champ magnétique de Mercure. Les scientifiques découvrent qu'il ne s'agit pas d'une conséquence des vents solaires, mais qu'il est généré par la planète elle-même. L'origine de ce champ reste à l'issue de cette mission une question majeure qui doit être tranchée par les futures missions spatiales vers Mercure. Ce dernier survol permet la prise de 450 photos en haute résolution.

Fin de la mission[modifier | modifier le code]

Le 25 mars 1975, Mariner 10 ne dispose plus de carburant pour pouvoir manœuvrer. Les scientifiques décident alors de clore la mission. Seule 45 % de la surface de Mercure a pu être cartographiée, car à chacun des trois survols, Mercure présentait la même face au Soleil. Mariner 10 aura rapporté près de 8 000 photographies dont 4 000 de Vénus et 3 500 de Mercure ainsi que quelques centaines de photographies de la Lune et de la Terre (réalisées une douzaine d'heures après le décollage pour calibrer les instruments).

Résultats scientifiques[modifier | modifier le code]

Mariner 10 a apporté une contribution importante à notre connaissance de la partie du système solaire occupée par les planètes internes (Mars, Terre, Vénus, Mercure). Lorsque la sonde est lancée le programme spatial a déjà permis des avancées importantes dans le domaine : le programme Apollo, en ramenant des échantillons du sol lunaire, a permis de dater du matériel planétaire antérieur à ce qui avait été découvert sur la Terre ; Mariner 9 a effectué un relevé complet de la planète Mars et découvert avec ses prédécesseurs des formations géologiques surprenantes ainsi qu'une surface constituée en partie de matériaux d'origine et en partie façonnée par le volcanisme ; de nombreuses sondes russes et américaines ont étudié Vénus et permis d'acquérir une bonne connaissance générale sur sa topographie et son atmosphère tout en laissant dans l'ombre les caractéristiques de sa structure interne ainsi que son histoire géologique. On ne dispose à l'époque du lancement de Mariner 10 d'aucune donnée précise sur la topographie et les caractéristiques de Mercure[4] .

La contribution de Mariner 10 à l'étude de Vénus est modeste mais significative. La sonde a mis en évidence, à l'aide de son spectromètre ultraviolet, que la couche supérieure de l'atmosphère vénusienne faisait le tour de la planète en 4 jours c'est-à-dire bien plus rapidement que la planète elle-même. Mais la principale contribution de Mariner 10 concerne la planète Mercure. Une des principales découvertes porte sur l'identification du champ magnétique de la planète. L'existence de celui-ci était complètement inattendue car la présence d'un champ magnétique est associé à une vitesse de rotation rapide et un noyau liquide. Or Mercure a une vitesse de rotation lente et sa surface, à l'apparence très lunaire donc très ancienne, ne donne pas l'impression d'un noyau actif qui se traduit généralement par des épanchements volcaniques périodiques en surface. Les photographies de la surface de Mercure ont par ailleurs permis d'élaborer des théories sur le processus de formation des planètes intérieures[4].

Photos prises par la sonde[modifier | modifier le code]

Notes et références[modifier | modifier le code]

Notes[modifier | modifier le code]

Références[modifier | modifier le code]

  1. a et b (en) James A. Dunne et Eric Burgess, « The Voyage of Mariner 10 (SP-424) : Chapter 2 Mariner Venus-Mercury mission », NASA/JPL,‎ 1978
  2. a et b (en) James A. Dunne et Eric Burgess, « The Voyage of Mariner 10 (SP-424) : The Mariner 10 Spacecraft », NASA/JPL,‎ 1978
  3. (en) James A. Dunne et Eric Burgess, « The Voyage of Mariner 10 (SP-424) : Mariner's payload », NASA/JPL,‎ 1978
  4. a et b (en) James A. Dunne et Eric Burgess, « The Voyage of Mariner 10 (SP-424) : Chapter 9 - A Clearer Perspective », NASA/JPL,‎ 1978

Bibliographie[modifier | modifier le code]

  • (en) Paolo Ulivi et David M Harland, Robotic Exploration of the Solar System Part 1 The Golden Age 1957-1982, Springer Praxis,‎ 2007 (ISBN 978-0-387-49326-8)

Voir aussi[modifier | modifier le code]

Articles connexes[modifier | modifier le code]

Liens externes[modifier | modifier le code]

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