New Horizons

New Horizons

Le survol de Pluton (vue d'artiste)

Données générales

Organisation	NASA
Domaine	Étude du système plutonien et de la ceinture de Kuiper.
Statut	en transit
Autres noms	New Horizons Pluto Kuiper Belt Flyby
Lancement	19 janvier 2006
Lanceur	Atlas V-551
Identifiant COSPAR	2006-001A
Site	http://pluto.jhuapl.edu/

Caractéristiques techniques

Masse au lancement	478 kg

Principaux instruments

Alice	Spectromètre ultraviolet
Ralph/LEISA	Spectromètre imageur infrarouge
Ralph/MVIC	Imageur couleur
LORRI	Imageur haute résolution
PEPSSI	Détecteur particules énergétiques
SWAP	Analyseur vent solaire
REX	Science radio
SDC	Détecteur de poussière

New Horizons (« Nouveaux Horizons » en français) est une sonde spatiale de la NASA chargée d'étudier le système plutonien, dont en particulier la planète naine Pluton et son satellite Charon, qu'elle doit survoler en juillet 2015. Il est prévu qu'elle soit ensuite dirigée vers d'autres corps de la ceinture de Kuiper, zone dont le système plutonien fait lui-même partie. New Horizons est la première mission spatiale qui explore cette région du système solaire. Du fait de leur éloignement, on dispose de très peu d'informations sur les corps célestes qui s'y trouvent car ceux-ci sont à peine visibles avec les meilleurs télescopes. Or les caractéristiques des objets de la ceinture de Kuiper sont susceptibles de fournir des informations importantes sur le processus de formation du système solaire. Le système plutonien, constitué d'au moins six membres dont Pluton et Charon qui forment un système double, sera étudié sur place pour la première fois.

New Horizons a été conçue pour fonctionner dans les conditions hostiles de cette région très éloignée de la Terre et du Soleil. L'architecture de la sonde et le déroulement de la mission prennent ainsi en compte la faiblesse de l'ensoleillement qui impose le recours à un générateur thermoélectrique à radioisotope et à une isolation thermique renforcée, le débit limité des télécommunications (1 ko/s) et la durée du transit vers son objectif (9 ans) qui nécessite une grande fiabilité des composants critiques. Les sept instruments scientifiques embarqués comprennent une caméra fonctionnant en lumière visible et en infrarouge, un spectromètre imageur ultraviolet, une caméra dotée d'un fort téléobjectif, deux spectromètres destinés à mesurer les particules, une expérience d'occultation radio et un compteur de poussières. Ceux-ci doivent permettre de caractériser la géologie, les structures en surface, la composition du sol et sa température, la structure et la composition de l'atmosphère des corps célestes survolés.

La sonde est lancée le 19 janvier 2006 par une fusée de forte puissance Atlas V-550. New Horizons a survolé Jupiter le 28 février 2007, ce qui lui a permis de gagner 4 km/s grâce à l'assistance gravitationnelle de cette planète. Le survol de Jupiter a permis de faire des observations scientifiques intéressantes sur l'atmosphère de la planète et son champ magnétique. New Horizons a entamé son long transit vers Pluton, durant lequel la sonde a été mise en sommeil. Elle en est sortie le 6 décembre 2014 et doit commencer ses observations de Pluton le 15 janvier 2015, qu'elle atteindra le 14 juillet 2015. Elle doit ensuite survoler début 2019 un petit corps de la ceinture de Kuiper découvert à la suite d'observations astronomiques réalisées en 2014. New Horizons est la première mission du programme New Frontiers de la NASA dont l'objectif est d'effectuer une exploration scientifique fouillée des planètes du système solaire avec des sondes spatiales d'un coût inférieur à 700 millions de dollars, ce qui les situe sur un plan financier entre les missions du programme Discovery et les missions phares du programme Flagship auquel se rattache Mars Science Laboratory.

Contexte

Carte reconstituée de Pluton en vraies couleurs générée par ordinateur à partir d'images d'Hubble et parmi les plus hautes résolutions possibles avec la technologie actuelle. Autres photos de toute la surface ici.

Vue d'artiste de Pluton.

Pluton comparée à la Terre et la Lune.

Huit des plus grands objets transneptuniens.

Pluton et la ceinture de Kuiper

Les corps célestes du système solaire sont regroupés en trois régions :

• les planètes internes (Mercure, Vénus, Terre, Mars), caractérisées par une composition rocheuse et située en-deçà de la ceinture d'astéroïdes ;
• les planètes gazeuses géantes (Jupiter, Saturne, Uranus et Neptune), composées principalement d'une atmosphère d'hydrogène moléculaire ;
• les objets transneptuniens.

Pluton fait partie de ce dernier sous-ensemble, constitué de naines glacées à la surface solide mais composées essentiellement de matière gelée (eau, azote, dioxyde de carbone, méthane et monoxyde de carbone). Ces naines glacées forment la ceinture de Kuiper, qui s'étend jusqu'à 50 unités astronomiques (ua) du Soleil. Pluton, le plus grand objet connu de cette ceinture, se trouve du fait de son excentricité à une distance du Soleil qui oscille entre environ 30 et 50 ua.

Les tentatives d'exploration antérieures

New Horizons est la première sonde qui a pour objectif l'étude et le survol de Pluton. En raison de son éloignement, Pluton est une destination à risque, raison pour laquelle les projets d'étude de cette planète naine ont été annulés les uns après les autres, comme le programme Planetary Grand Tour qui prévoyait l'envoi de quatre sondes, dont deux en direction de Jupiter, Saturne et Pluton. Mais à la suite des contraintes budgétaires de la NASA, cette dernière a été dans l'obligation de revoir sa copie et de n'envoyer que deux sondes : Voyager 1 et 2. La mission pour Pluton a dû être abandonnée car le Jet Propulsion Laboratory (JPL) ne pouvait diriger, pour des raisons de configuration planétaire, une sonde à la fois vers Uranus, Neptune et Pluton.

Une autre mission américaine d'exploration de Pluton et de la ceinture de Kuiper nommée Pluto Kuiper Express prévue pour 2004 est annulée en 2001, à la suite des dépassements de budget des satellites James-Webb et Gravity Probe B. Finalement le projet New Horizons est lancé par la NASA qui a été sensibilisée par la communauté scientifique. Le National Research Council (NRC) a en effet fait de Pluton et de la ceinture de Kuiper un objectif principal de l'exploration du système solaire. Le coût de la mission est estimé à 700 millions de dollars américains.

De la sélection du projet à la réalisation de la sonde spatiale

Sélection de la mission

Les premiers travaux sur la mission New Horizons débutent fin 2000 peu après l'abandon du programme Pluto Kuiper Express. Une équipe du laboratoire APL de l'université Johns-Hopkins, affectée jusque-là au développement de la mission NEAR en cours de finalisation, est chargée de définir un plan de mise en œuvre réaliste ainsi que d'esquisser la conception de la mission. L'équipe est formée dans l'espoir que les nombreuses études menées jusque-là pour l'exploration de Pluton déboucheront sur un projet concret. Sous la pression de la communauté scientifique, la NASA lance un appel d'offre en janvier 2001 pour la réalisation de la mission Pluto-Kuiper Belt (« Pluton-Ceinture de Kuiper », PKB). Il s'agit de la première mission du programme New Frontiers que la NASA vient de créer pour les missions d'exploration du système solaire de coût intermédiaire. Le projet réunissant des scientifiques de l'Université Johns-Hopkins, le laboratoire APL en tant que constructeur de la sonde et des scientifiques du Southwest Research Institute (SwRI), opposé à des propositions de plusieurs autres équipes, est sélectionné par la NASA le 19 novembre 2001. P. Stern de l'institut SwRI est le responsable scientifique du projet.

Le développement de la sonde spatiale

Le développement de New Horizons, qui mobilise un effectif d'environ 2 500 personnes, connaît de nombreuses péripéties. La principale difficulté rencontrée concerne la production du plutonium-238 nécessaire pour alimenter la sonde spatiale en énergie. Celui-ci devait, selon les plans initiaux, fournir 285 W au lancement et 225 W durant le survol de Pluton. À la suite de difficultés rencontrées par le Laboratoire national de Los Alamos chargé de sa production, l'énergie prévue durant le survol chute à 190 W. Finalement cette valeur est réévaluée à 200 W, ce qui est suffisant pour faire fonctionner les instruments conformément à ce qui était planifié. La masse de la sonde spatiale s'accroit de 50 kg en phase de conception et plusieurs mesures doivent être prises pour revenir au poids initial : le diamètre de l'antenne grand gain est ramené de 3 à 2,1 mètres et les angles de la plateforme triangulaire sont rognés. La taille de la mémoire de masse est accrue pour permettre de recueillir plus de données durant le survol. Les viseurs d'étoiles de faible masse développés pour la mission doivent être abandonnés à la suite de difficulté de mise au point pour des équipements existants plus lourds. L'instrument SDC (Student Dust Counter) développé par une équipe d'étudiants dans le cadre du programme Education and Public Outreach est ajouté à la charge utile. Enfin des obturateurs sont ajoutés pour protéger la partie optique des instruments PEPSSI, SWAP et LORRI durant le lancement. Durant la phase de développement et en partie dans la perspective de la mission, les astronomes multiplient leurs observations du système plutonien et de nombreuses découvertes sont effectuées. Les connaissances sur la structure de l'atmosphère de Pluton et sur Charon sont largement modifiées et de nouveaux satellites de Pluton sont découverts, dont notamment Nix et Hydra en 2005. Plusieurs corps célestes d'une taille proche de celle de Pluton sont découverts dans la ceinture de Kuiper.

Objectifs scientifiques

La mission New Horizons a trois objectifs principaux :

• obtenir une description globale de la géologie et de la morphologie de Pluton et de Charon ;
• déterminer la composition de la surface de Pluton et Charon ;
• déterminer les caractéristiques de l'atmosphère neutre de Pluton et son taux d'échappement.

Les objectifs secondaires sont les suivants :

• étudier la variation dans le temps de la surface et de l'atmosphère de Pluton ;
• réaliser des prises de vue en relief de Pluton et Charon ;
• cartographier le terminateur de Pluton et Charon avec une résolution élevée ;
• définir avec une résolution élevée les caractéristiques des terrains de zones choisies de la surface de Pluton et Charon ;
• étudier les caractéristiques de l'ionosphère de Pluton et ses interactions avec le vent solaire ;
• rechercher les molécules présentes dans l'atmosphère neutre de Pluton ;
• rechercher la présence d'une atmosphère autour de Pluton ;
• déterminer la température à la surface de Pluton et Charon.

Les mesures effectuées dans le système de Pluton vont améliorer les connaissances sur ses origines, les processus à l’œuvre à la surface de la planète naine, le cycle de transport des volatiles^{[précision nécessaire]} et les caractéristiques énergétiques et chimiques de son atmosphère. De manière plus large, ces observations vont apporter des éléments de compréhension sur les objets célestes formés par des impacts géants (comme l'ensemble Terre-Lune), les corps situés aux limites du système solaire (comètes, planètes naines glacées), les planètes et lunes caractérisées par une pression de vapeur en équilibre (comme Triton et Mars) et les autres corps célestes ayant une atmosphère dominée par le méthane et l'azote (comme Titan, Triton et la Terre primitive).

Choix d'architecture de la mission

Trajectoire de New Horizons et des planètes externes de 2006 à 2015.

Le déroulement de la mission a été largement déterminé par les nombreuses contraintes liées aux caractéristiques particulières de Pluton : la disparition de l'atmosphère de la planète naine qui pourrait intervenir avant 2020, la nécessité d'impulser une vitesse sans précédent à la sonde spatiale pour atteindre ces confins du système solaire, la faiblesse de l'ensoleillement et le faible débit des télécommunications à cette distance.

Disparition de l'atmosphère de Pluton vers 2020

Pluton circule sur une orbite de 248 ans avec une forte excentricité. Sa distance au Soleil varie entre 29,7 et 49,4 ua. L'inclinaison de son plan orbital par rapport à l'écliptique atteint 17°, beaucoup plus importante que celle des huit planètes. La planète naine est passée au plus près du Soleil en 1989 et s'en éloigne depuis. Les scientifiques estiment que vers 2020 l'atmosphère de Pluton, du fait de son éloignement progressif du Soleil et de son inclinaison, se condensera sur le sol. Le survol de Pluton doit donc impérativement avoir lieu avant cette date.

Contrainte de la vitesse de lancement

L'envoi d'une mission jusqu'à Pluton nécessite plus d'énergie qu'un lancement vers chacune des huit planètes du système solaire. Pluton est située aux franges du système solaire et pour que New Horizons puisse l'atteindre, il est nécessaire de lui imprimer une vitesse qu'aucun lanceur n'a jamais atteinte. Les concepteurs de la mission ont opté pour une trajectoire indirecte ayant recours à la technique de l'assistance gravitationnelle. Cette dernière permet à une sonde spatiale d'accroître sa vitesse tout en changeant sa direction grâce au survol à basse altitude d'une planète effectué dans des conditions très précises. Plusieurs scénarios ont été étudiés : simple survol de Jupiter (trajectoire JGA), survol de la Terre puis de Jupiter, deux survols de Vénus suivi du survol de la Terre et de Jupiter. Les trajectoires comportant des survols multiples permettent de diminuer la puissance du lanceur nécessaire et donc le coût de la mission mais présentent l'inconvénient d'allonger la durée du transit vers Pluton. Pour qu'une manœuvre d'assistance gravitationnelle puisse se réaliser, il est nécessaire que la planète survolée soit située à des emplacements bien précis. Pour la trajectoire JGA, la configuration adéquate se reproduit tous les treize mois. Pour la mission deux opportunités de lancement sont envisagées : décembre 2004, caractérisée par une assistance de Jupiter particulièrement efficace, et janvier 2006.

La masse relativement réduite de la sonde spatiale (478 kg) découle directement de la vitesse à laquelle le lanceur doit accélérer New Horizons. Celui-ci est pourtant la version opérationnelle la plus puissante du lanceur lourd Atlas V. La sonde spatiale doit survoler Pluton à une vitesse de 11 km/s. Dans ces conditions placer la sonde spatiale en orbite autour de la planète naine nécessiterait que plusieurs tonnes d'ergols soient ajoutés à la sonde pour parvenir à réduire suffisamment sa vitesse. Ce choix ne pouvait pas être effectué pour les raisons exposées et la mission ne permet qu'un survol des objets célestes visités.

Éloignement du Soleil et de la Terre

Pluton se situe au plus près à 28 unités astronomiques du Soleil et l'énergie solaire reçue à cette distance est le millième de celle reçue en orbite terrestre. Le recours à un générateur thermoélectrique à radioisotope, qui utilise la chaleur produite par la désintégration radioactive de pastilles de dioxyde de plutonium 238 (²³⁸PuO₂), est la seule solution existante pour alimenter en énergie la sonde à raison de seulement 200 watts lorsque celle-ci survolera Pluton. Il faut donc limiter la consommation électrique nécessaire au maintien d'une température minimale, ce qui passe par une isolation thermique performante, et concevoir ou sélectionner des instruments ayant une consommation très réduite. Au niveau de l'orbite de Pluton, une communication aller-retour avec la Terre met environ 9 heures ; la sonde devra donc être complètement autonome lorsqu'elle survolera Pluton. Compte tenu du faible débit des télécommunications à cette distance de la Terre, il faut que New Horizons puisse stocker l'ensemble des données scientifiques recueillies lors du survol et prendre en compte le fait que leur transfert s'étalera sur plusieurs mois.

Caractéristiques techniques de la sonde

La sonde New Horizons au Centre spatial Kennedy peu avant son lancement. Les protections thermiques dorées ne sont pas encore posées (25 septembre 2005).

Caractéristiques générales

New Horizons est une sonde compacte ayant la forme d'un triangle épais et la taille d'un piano. À l'une des pointes du triangle est fixé un générateur thermoélectrique à radioisotope de forme cylindrique tandis que sur la face supérieure se trouve la grande antenne parabolique de 2,1 mètres de diamètre assurant la liaison avec la Terre. Sans ces appendices, les dimensions maximales de la sonde sont de 2,1 mètres sur 2,7 mètres pour une épaisseur de 0,7 mètre. De son point d'attache sur le lanceur jusqu'au sommet de son antenne sa hauteur est de 2,2 mètres. Sa masse est de 478 kg dont 77 kg d'hydrazine utilisé par les propulseurs et 30 kg d'instrumentation scientifique.

La structure de la sonde est bâtie autour d'un cylindre central en aluminium qui supporte les principales contraintes durant le lancement. À l'une de ses extrémités se trouve l'adaptateur qui solidarise la sonde à la fusée. Des panneaux en nid d'abeille d'aluminium auxquels sont accrochés les différents équipements et instruments sont fixés au cylindre ainsi que le générateur thermoélectrique à radioisotope. Le réservoir contenant le carburant utilisé par les propulseurs de la sonde est situé à l'intérieur de ce cylindre.

Énergie

La sonde avec son générateur thermoélectrique à radioisotope. Il ne s'agit que d'une maquette, le vrai RTG est installé immédiatement avant le lancement.

Comme la sonde doit se déplacer aux confins du système solaire, où la quantité d'énergie solaire disponible est très faible, la génération d'électricité ne peut être assurée par les traditionnels panneaux solaires. Un générateur thermoélectrique à radioisotope de type GPHS-RTG est donc embarqué. Il convertit en électricité la chaleur fournie par la désintégration radioactive de 10,9 kg de dioxyde de plutonium 238 ²³⁸PuO₂ : on estime que ce générateur fournira encore 190 W en 2015. Le cylindre contenant le générateur est fixé sur un des sommets du triangle. L'antenne parabolique, d'un diamètre de 2,1 m, servant à la communication avec la Terre, est fixée sur une des faces du triangle.

Guidage et contrôle d'orientation

New Horizons ne dispose pas d'assez d'énergie pour utiliser des roues de réaction pour contrôler son orientation. Celle-ci est donc gérée par le biais de propulseurs brûlant de l'hydrazine. Pour éviter de consommer du carburant pour maintenir son orientation fixe par rapport aux étoiles, la sonde spatiale, lorsqu'elle n'est pas active, est maintenue en rotation autour d'un axe passant par ses antennes à raison de 5 tours par minute. Par contre, lorsque New Horizons manœuvre, utilise ses instruments, transmet des informations ou reçoit des données en provenance de la Terre, la rotation de la sonde est arrêtée et son orientation reste fixe avec un pointage qui dépend de son activité. Les instruments scientifiques ainsi que l'antenne principale de New Horizons ne peuvent pas être orientés individuellement contrairement à certaines sondes et ce, essentiellement pour limiter les risques d'un éventuel problème mécanique pouvant survenir sur une mission d'une aussi longue durée. Il est donc nécessaire de modifier l'orientation de la sonde afin de pouvoir pointer les antennes vers la Terre ou les instruments scientifiques vers leur cible, mais également, comme pour toutes les sondes, afin de corriger des écarts par rapport à l'orientation retenue ou avant d'effectuer des manœuvres de modification de trajectoire. La sonde détermine son orientation en utilisant des senseurs stellaires qui sont de petites caméras permettant de prendre 10 fois par seconde une image en grand angle du ciel. Celle-ci est comparée à une carte du ciel stockée en mémoire répertoriant 3 000 étoiles, ce qui permet au calculateur de la sonde de déterminer son orientation. Cette information est complétée par les variations de vitesse scrutées 100 fois par seconde par une centrale à inertie. Si besoin, le système de contrôle d'orientation utilise ses petits moteurs-fusées pour corriger ou modifier cette orientation. Si les senseurs stellaires ne parviennent plus à déterminer l'orientation, des senseurs solaires qui repèrent la position du Soleil prennent le relais.

Propulsion

La propulsion dont dispose New Horizons ne lui sert pas à accélérer ni à se freiner : en effet une fois lancée sur sa trajectoire par la fusée Atlas V, la sonde n'a qu'à effectuer des corrections de trajectoire pour survoler successivement Jupiter, puis Pluton et enfin éventuellement d'autres objets situés dans la ceinture de Kuiper si ceux-ci sont situés à sa portée. Les propulseurs dont dispose la sonde effectuent les corrections de trajectoire et modifient l'orientation de la sonde. Elle dispose à cet effet de 16 petits moteurs-fusées brûlant de l'hydrazine. Quatre d'entre eux ont une poussée de 4,4 newtons et sont essentiellement utilisés pour les corrections de trajectoire. Les 12 autres d'une poussée de 0,8 newton sont utilisés pour modifier le pointage de la sonde, mettre la sonde en rotation sur elle-même à 5 tours par minute ou au contraire arrêter la rotation notamment pour les phases de survol des planètes. La sonde emporte 77 kg d'ergols stockés dans un réservoir en titane. L'hydrazine est mis sous pression par de l'hélium avant d'être injecté dans les moteurs.

Télécommunications

Les trois antennes de la sonde sont superposées : de bas en haut l'antenne parabolique grand gain, moyen gain et au-dessus l'antenne faible gain.

New Horizons utilise un système de télécommunications en bande X pour recevoir les commandes depuis la Terre et transmettre les données scientifiques recueillies ainsi que les informations sur le fonctionnement de ses équipements. Les principaux échanges passent par l'antenne parabolique à grand gain qui permet le débit le plus important. Celle-ci, d'un diamètre de 2,1 mètres est fixe afin de supprimer un mécanisme qui pourrait se gripper au cours du long voyage vers Pluton et la sonde doit donc modifier son orientation pour pointer avec une grande précision le faisceau radio, qui ne fait que 0,3° de large, vers la Terre. À la distance de Pluton, située à plus de 4 milliards de kilomètres, le débit chute à 700 bits par seconde et le signal met 4 heures pour parvenir jusqu'à la Terre ; aussi faut-il près de 9 mois pour transmettre l'ensemble des données recueillies lors du rapide survol de Pluton et de son satellite. La sonde dispose également d'une antenne parabolique moyen gain installée au-dessus de l'antenne grand gain dont le faisceau est large de 14° qui nécessite donc un pointage beaucoup moins précis. Enfin deux antennes faible gain sont montées l'une au-dessus de l'antenne moyen gain l'autre sur la face opposée de la sonde.

La sonde utilise les fréquences suivantes  :

• liaison montante (Terre vers sonde) : 7 182,043 000 MHz ;
• liaison descendante (sonde vers Terre) : 8 437,894 737 MHz ; 8 438,181 818 MHz et 8 438,243 000 MHz.

Ces fréquences ne tiennent pas compte de l'effet Doppler.

Calculateur de bord

L'informatique de bord utilise un microprocesseur 32 bits Mongoose-V, version « radiodurcie » — c'est-à-dire « durcie » contre les radiations — du MIPS R3000. Sa fréquence d'horloge est ralentie de 25 à 12,5 MHz pour limiter la consommation électrique. Les données reçues ou à transmettre sont stockées dans une mémoire de 8 gigaoctets conçue pour consommer peu de courant. La taille de cette mémoire est calculée pour permettre le stockage de l'ensemble des données scientifiques récoltées durant le survol de Pluton.

• 
  Schéma 1 Vue du dessus : 1 RTG ; 2 Antenne grand gain ; 3 Antenne moyen gain ; 4 Antenne faible gain ; 5 Propulseurs ; 6 Senseurs stellaires ; A Alice ; R Ralph ; S SWAP ; L LORRI ; P PEPSSI ; X REX
• 
  Schéma 2 Vue du dessous : 1 RTG ; 2 Louvres ; 3 Propulseurs ; 4 Antenne faible gain ; 5 Senseurs stellaires ; A Alice ; R Ralph ; D Détecteur de poussières ; S SWAP ; L LORRI ; P PEPSSI

Contrôle thermique

Pour résister aux températures très basses des régions situées aux confins du système solaire, New Horizons est conçu de manière à ce que la chaleur ne puisse s'échapper. L'électronique et la majeure partie de l'instrumentation sont enfermés dans des compartiments recouverts d'une protection thermique multi-couches dorée. Celle-ci doit permettre de conserver la chaleur dégagée par l'électronique et maintenir ainsi la température dans une fourchette comprise ente 10 et 30 °C. Si la consommation de l'électronique tombe en dessous de 150 watts, de petits radiateurs prennent le relais. Lorsque la sonde se trouve encore relativement près de la Terre et du Soleil, la chaleur doit être au contraire dans certains cas évacuée ; des persiennes s'ouvrent automatiquement lorsque la chaleur interne dépasse la valeur maximale autorisée.

Équipements scientifiques

La charge utile est composée de sept instruments scientifiques — trois instruments optiques, deux instruments de mesure du plasma, un détecteur de poussière et un radiomètre/récepteur de radio science. Ils doivent permettre l'étude de manière macroscopique des principales caractéristiques de Pluton et de ses lunes : d'une part de la géologie, de la composition de la surface et de sa température d'autre part de la pression atmosphérique, de la température de l'atmosphère et de son taux d'évasion. Ces instruments sont également utilisés pour étudier Jupiter et ses lunes et si l'extension de la mission est approuvée, les objets de la ceinture de Kuiper que la sonde spatiale pourra atteindre. La charge utile représente une masse totale de 30 kg et consomme globalement une très faible quantité d'électricité (28 watts).

Les sept instruments scientifiques de New Horizons

Instrument	Description	Objectifs	Performances	Masse	Consommation
Ralph	MVIC : Imageur multi-bandes visible et infra-rouge	Cartes à haute résolution pour les phases d'approche (navigation) et de survol (géologie)	longueurs d'ondes : panchromatique (400 - 975 nm), bleu, rouge, méthane, proche infrarouge résolution spatiale : 20 μrad/pixel	10,3 kg	6,3 W
	LEISA : Imageur spectromètre proche infrarouge	Carte de distribution de l'azote, monoxyde de carbone, méthane	longueurs d'ondes : 1,25–2,5 μm résolution spatiale : 62 μrad/pixel résolution spectrale : λ/δλ ∼ 240 – 550
Alice	Imageur/spectromètre ultraviolet	Analyse la composition et la structure de l'atmosphère de Pluton , les environs de Charon ainsi que les objets de la Ceinture de Kuiper	longueurs d'ondes : ∼465–1880 Å résolution spectrale : ∼3–10 Å FWHM	4,5 kg	4,4 Watts
REX	Radiomètre passif	Composition et la température de l'atmosphère		0,1 kg	2,1 Watts
LORRI	Télescope	Cartographie de Pluton	longueurs d'ondes : panchromatique (350–850 nm) résolution spatiale : 5 μrad/pixel sensibilité : V <18	8,8 kg	5,8 Watts
SWAP	Spectromètre	Densité et vitesse des particules du vent solaire	Résolution énergétique : ΔE/E < 0,4 avec E (énergie) compris entre 25 eV et 7,5 keV	3,3 kg	2,3 Watts
PEPSSI	Spectromètre	Composition et densité du plasma s'échappant de l'atmosphère de Pluton	Particules mesurées : protons, carbone, azote, oxygène avec une énergie de 1-1000 keV Résolution énergétique : 12 canaux	1,5 kg	2,5 Watts
SDC		Mesure la taille des particules de poussières.		1,9 kg	5 Watts

Ralph, Alice et REX sont les trois instruments principaux de la sonde spatiale dans la mesure où, à eux trois, ils permettent de remplir tous les objectifs principaux de la mission.

• 
  Ralph
• 
  LORRI
• 
  SWAP
• 
  SDC

Ralph

Ralph est un instrument qui combine un imageur MVIC (Multi-spectral Visible Imaging Camera) fonctionnant sur plusieurs bandes spectrales en lumière visible et proche infrarouge avec un imageur/spectromètre LEISA (Linear Etalon Imaging Spectral Array) fonctionnant en proche infrarouge. Les deux instruments partagent la même partie optique dont l'ouverture est de 75 mm avec une focale de 658 mm. MVIC comporte 7 détecteurs CCD de type TDI (time delay integration) avec une résolution de 5024x32 pixels. Deux CCD fournissent des images en panchromatique (400 à 975 nm tandis que les quatre autres CCD sont sensibles au bleu (400–550 nm), rouge (540–700 nm), proche infrarouge (780–975 nm) et à bande d’absorption du méthane (860–910 nm)). Les images panchromatiques seront utilisées pour établir des cartes de la surface de Pluton et Charon avec une résolution de 1 km². La résolution spatiale angulaire est de 20 microradians. LEISA permet d'obtenir des spectres détaillés dans la bande de l'infrarouge proche (1,25–2,5 µm) avec une résolution spectrale de (λ/δλ) de 240. MVIC doit permettre de dresser une carte fournissant la composition de la surface de la planète naine et de sa lune principale avec une résolution de moins de 10 km .

Alice

Alice est un imageur/spectromètre observant dans la bande des ultraviolet (∼465–1880 Å) et disposant de résolutions spectrale (1,8 Å) et spatiale (5 mrad/pixel) moyennes. Le rayonnement lumineux entre d'une part par une fente de 0,1°×4° pour l'observation de la luminescence atmosphérique et une ouverture de 2°×2° pour l'observation durant les occultations du Soleil par Pluton et son satellite Charon. L'axe optique de l'instrument est coaligné avec celui de LORRI et Ralph. Un instrument aux caractéristiques proches mais moins perfectionné vole à bord de la sonde spatiale européenne Rosetta. L'objectif principal d'Alice est de déterminer les composants principaux de l'atmosphère de Pluton en particulier les proportions d'azote, monoxyde de carbone, méthane dans sa haute atmosphère et éventuellement la présence de gaz rares. L'instrument doit être également utilisé pour rechercher la présence d'atmosphère autour de Charon et des objets de la ceinture de Kuiper que la sonde spatiale devrait croiser après son survol de Pluton. L'instrument doit déterminer les profils de température et de pression de la haute atmosphère de Pluton et le taux d'évasion de l'atmosphère de Pluton.

REX

REX (Radio EXperiment) est une expérience de radio science qui utilise l'émetteur radio de New Horizons. La mesure des délais de propagation des ondes radio permet de déterminer la température et la densité de l'atmosphère qui s'interpose éventuellement entre la sonde spatiale et les antennes de réception sur Terre (occultation radio). Le décalage Doppler doit, contrairement à ce qui se pratique d'habitude, être mesuré par la sonde spatiale à réception des émissions radio venues de Terre. L'instrument doit fournir les profils de pression et de température de l'atmosphère de Pluton.

LORRI

LORRI (Long Range Reconnaissance Imager) est un imageur à haute résolution (4,95 μrad/pixel) c'est-à-dire quatre fois meilleure que celle de Ralph. Le CCD de 1024x1024 pixels fournit des images panchromatiques (350 - 850 nm). LORRI doit permettre de fournir des images de la surface visible de Pluton et de Charon lors de leur survol permettant de mettre en évidence des formations de 100 mètres sur Pluton et 260 mètres sur Charon. Il doit également fournir des images des hémisphères non visibles durant le survol grâce à des photos prises quelques jours avant le survol avec une résolution de 40 km. Enfin LORRI doit être utilisé pour obtenir des images des autres satellites de Pluton, éventuellement en découvrir de nouveaux et détecter des cibles potentielles pour la seconde phase d'exploration à l'intérieur de la ceinture de Kuiper.

SWAP

SWAP (Solar Wind Around Pluto) mesure les interactions entre le vent solaire et les ions s'échappant de l'atmosphère de Pluton. Ces mesures permettent de déterminer le taux d'échappement de l'atmosphère de Pluton et les interactions complexes du plasma. La résolution de l'instrument est particulièrement élevée pour contrebalancer l’affaiblissement du vent solaire dont l'intensité est inférieure d'un facteur 1 000 par rapport à sa valeur au niveau de la Terre .

PEPSSI

PEPSSI (Pluto Energetic Particle Spectrometer Science Investigation) est un spectromètre permettant de mesurer la composition et l'énergie des ions et électrons ayant une énergie comprise entre 10 keV et 1 MeV. L'objectif est de caractériser le processus d'échappement de l'atmosphère de Pluton et de manière secondaire de déterminer les interactions éventuelles entre l'ionosphère et le vent solaire.

SDC (Student Dust Counter)

SDC (Student Dust Counter) mesure la taille et la distribution des particules de poussières se trouvant sur la trajectoire de la sonde New Horizons et dont la masse est comprise entre 10⁻¹² g. et 10⁻⁹ g. Les détecteurs sont constitués par des films en polyfluorure de vinylidène ayant une surface totale de 0,1 m². L'objectif est de vérifier l'existence des structures prédites à l'intérieur de la concentration de poussières présente le long de l'écliptique à l'origine du phénomène de la lumière zodiacale. Le programme est géré par les étudiants, encadrés par leurs professeurs, de l'Université du Colorado - Boulder.

En juin 2006, l'instrument a été rebaptisé VBSDC (Venetia Burney Student Dust Counter) en l'honneur de madame Venetia Burney-Phair, de nationalité britannique, qui, à l'âge de 11 ans, avait proposé le nom de Pluton pour la planète tout juste découverte par Clyde Tombaugh.

Divers

En plus des équipements scientifiques, la sonde spatiale emporte avec elle une urne funéraire qui contient des cendres de celui qui a découvert Pluton, Clyde Tombaugh, mort en 1997 à presque 91 ans.

Déroulement de la mission

Lancement et transit vers Jupiter (janvier 2006-janvier 2007)

La sonde New Horizons est lancée le 19 janvier 2006 à 19 h 00 UTC (soit 14 h 00 heure locale) depuis la base de Cape Canaveral en Floride par une fusée Atlas V-551, version la plus lourde de ce lanceur. Des fenêtres de tir de secours étaient disponibles pour la fin février 2006 et février 2007, mais elles imposaient une trajectoire directe vers Pluton depuis la Terre, sans pouvoir bénéficier de l'assistance gravitationnelle de Jupiter. Une telle trajectoire aurait prolongé la mission de 3 à 4 ans avec des risques accrus dans la mesure où ils sont en partie proportionnels à la durée du voyage.

Au cours de son transit particulièrement rapide vers Jupiter, l'équipe de la mission découvre que la trajectoire de la sonde spatiale va croiser celle de l'astéroïde 2002 JF₅₆ (renommé par la suite (132524) APL). Ce corps de petite taille (moins de 5 kilomètres de diamètre) aux caractéristiques inconnues fait partie de la ceinture principale d'astéroïdes. Une campagne d'observation est préparée et la caméra Ralph ainsi que le spectromètre infrarouge sont pointés vers l'astéroïde les 11 et 13 juin. Cette manœuvre permet d'obtenir des informations scientifiques malgré la distance (au plus près 102 000 km) mais constitue également une répétition des opérations qui seront effectuées lors du survol de Pluton.

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  Lancement de New Horizons, par une fusée Atlas V (551) dotée d'un étage supérieur Centaur-5-SEC.
• Vidéo du lancement.
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  Image composite de l'astéroïde 2002 JF₅₆.

Survol de Jupiter (janvier - mars 2007)

Image animée d'une éruption de Tvashtar Paterae sur Io filmée par la caméra de New Horizons.

Le 4 septembre 2006, la caméra LORRI de la sonde spatiale réalise un premier cliché de Jupiter. Le 14 février 2007, après un transit de seulement treize mois, New Horizons entre dans la zone d'influence gravitationnelle de Jupiter alors qu'elle se trouve encore à 23 millions de km de la planète géante. La sonde spatiale survole Jupiter à une distance de 2,3 millions de kilomètres le 28 février 2007. Grâce à l'assistance gravitationnelle de Jupiter New Horizons quitte le système jovien en ayant accéléré d'environ 4 km/s par rapport au Soleil et sa nouvelle trajectoire fait désormais un angle de 2,5° par rapport à l'écliptique.

Le survol de Jupiter se produit à 32 rayons de la planète et donne lieu à une campagne d'observation intensive qui dure quatre mois. La sonde dispose d'instruments plus performants, en particulier les caméras, que Galileo, dernière sonde à avoir effectué des observations. Les caméras de Galileo étaient des versions évoluées de celles des sondes Voyager elles-mêmes héritées du programme Mariner. Le survol de Jupiter permet également de vérifier le fonctionnement des instruments et d'effectuer une répétition avant le survol de Pluton. Jupiter étant plus proche de la Terre que Pluton, la sonde peut transmettre une quantité de données plus importante que ce qui pourra être envoyé lors du survol de Pluton.

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  Jupiter et Io
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  Io
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  Europe
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  Ganymède
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  Callisto

Jupiter photographiée dans l'infrarouge.

Les instruments de New Horizons permettent d'effectuer des mesures plus précises des orbites des lunes intérieures de Jupiter en particulier d'Amalthée. Les caméras de New Horizons permettent de mesurer la taille des volcans de Io et d'étudier en détail les quatre lunes galiléennes ainsi que d'effectuer des études à grande distance des lunes extérieures Himalia and Elara. La sonde étudie également la petite tache rouge de Jupiter ainsi que sa magnétosphère et l'anneau de faible épaisseur qui l'entoure.

Transit vers Pluton (2007-2015)

À compter du 28 juin 2007, New Horizons est placée en mode hibernation durant la majorité de son transit vers Pluton qui doit durer huit ans et demi. Dans cet état, la sonde est en rotation lente, les composants redondants sont éteints tandis que le système de guidage et de navigation est désactivé. Durant cette mise en sommeil l'ordinateur de bord surveille en permanence l'état de la sonde spatiale et transmet un signal pouvant prendre deux valeurs qui signifient soit que la sonde spatiale est opérationnelle soit qu'il est nécessaire que les techniciens interviennent car un problème a été détecté. L'objectif est de réduire l'utilisation des composants électroniques, de diminuer les coûts générés par le suivi de la mission et d'alléger la charge du réseau d'antennes Deep Space Network très sollicité par les autres sondes spatiales. New Horizons est réveillée périodiquement pour effectuer des tests approfondis et réaliser éventuellement des mises à jour du logiciel embarqué.

Le 8 juin 2008 la sonde coupe l'orbite de Saturne alors qu'elle se trouve à 10,06 U.A. du Soleil (1 U.A. = distance Terre-Soleil) mais aucune observation de cette planète n'est effectuée car elle se trouve alors à 2,3 milliards de km. Le 20 juin 2010 les moteurs de la sonde réalisent une petite correction de trajectoire de 0,45 m/s pour compenser la poussée des photons thermiques émis par le RTG qui se réfléchissent sur l'antenne à grand gain. New Horizons coupe l'orbite d'Uranus le 18 mars 2011 mais cette planète ne peut être observée car elle se trouve à 3,8 milliards de kilomètres de la sonde spatiale. Le 25 août 2014, la NASA annonce que New Horizons a passé l'orbite de Neptune, 25 ans tout juste après le survol de la géante bleue par Voyager 2 (25 août 1989). New Horizons ne pourra pas non plus effectuer d'observations directes de cette planète mais elle pourrait croiser des astéroïdes faisant partie des troyens de celle-ci car elle doit passer à proximité du point de Lagrange L₅ de cette planète. Depuis le lancement de la mission, les astronomes ont découvert deux nouvelles lunes de Pluton qui en compte désormais cinq. Compte tenu des nouvelles découvertes, le système plutonien pourrait comporter des corps célestes moins visibles ainsi que des nuages de débris en forme d'anneau ou de tores qui pourraient constituer un risque pour la survie de New Horizons durant son survol. Une campagne d'observation utilisant plusieurs instruments basés sur Terre ou dans l'espace (Hubble) a été lancée fin 2011 pour tenter d'obtenir plus d'informations sur le système plutonien. Par ailleurs une trajectoire de rechange, plus éloignée de Pluton mais présentant moins de risques de collision, a été élaborée au cas où les observations effectuées identifieraient un risque important.

Recherche d'un objectif dans la ceinture de Kuiper

Chronologie de la mission

Date Événement 2006 19 janvier Lancement de la sonde spatiale à 19 h 0 UTC 2006 Transit vers Jupiter Chronologie détaillée Date Événement 28 janvier 2006 Correction trajectoire TCM-1A delta-V = 5 m/s 30 janvier 2006 Correction trajectoire TCM-1B delta-V = 13,32 m/s 9 mars 2006 Correction trajectoire TCM-3 delta-V = 1,16 m/s 13 juin 2006 Survol de l'astéroïde (132524) APL 2007 janvier - mars Survol du système jovien Chronologie détaillée Date Événement 24 février Début des observations du système jovien. 28 février Passage au plus près de Jupiter (2,3 millions km). Gain de près de 4 km/s grâce à l'assistance gravitationnelle de la planète. 7 mars Fin des observations du système jovien. 1 juin 2007 Fin de transmission des données collectées durant la traversée du système jovien (36 Go). 28 juin 2007 Début de la mise en hibernation de la sonde qui devrait durer jusqu'en 2015 avec quelques interruptions 25 septembre 2007 Correction trajectoire TCM-1B delta-V = 0,37 m/s 2007 - 2015 mars - janvier Transit vers Pluton Chronologie détaillée Date Événement 8 juin 2008 L'orbite de Saturne est franchie (9,5 U.A. de la Terre). 29 décembre 2009 La sonde spatiale est plus proche de Pluton que de la Terre. 18 mars 2011 La sonde spatiale franchit l'orbite d'Uranus. 1 juillet 2013 Première image de Charon prise avec LORRI. 24 aout 2014 La sonde spatiale franchit l'orbite de Neptune. 2015 - 2016 février - avril Survol du système plutonien Chronologie détaillée Date Événement février 2015 Premières observations de Pluton 5 mai 2015 La résolution de Pluton vue par New Horizons dépasse celle de Hubble 14 juillet 11h59 New Horizons passe au plus près de Pluton à 11 095 km à une vitesse relative de 13,78 km/s 14 juillet 12h13 New Horizons passe au plus près de Charon à 26 906 km 14 juillet 12h40 Occultation du Soleil par Pluton et la Terre une minute plus tôt 14 juillet 14h15 Occultation du Soleil par Charon et de la Terre deux minutes plus tard vers le 15 août Fin des observations du système plutonien avril 2016 Fin de la transmission des données sur le système plutonien. 2016 - 2026 Exploration de la Ceinture de Kuiper Chronologie détaillée Date Événement vers janvier 2019 Survol d'un objet de la ceinture de Kuiper 2026 Fin planifiée de la mission

En 2014 les recherches d'un objectif dans la ceinture de Kuiper, qui n'ont jusque-là pas débouché, s'intensifient. New Horizons, une fois le système plutonien exploré, doit être dirigé vers un (ou peut-être même deux) objet(s) de la ceinture de Kuiper pour étudier pour la première fois in situ un corps de cette région de l'espace. Toutefois, la sonde spatiale ne dispose que de relativement peu de carburant pour modifier sa route : les ergols permettent à la sonde un changement de vitesse de 130 m/s ce qui lui permet de modifier sa trajectoire de moins de 1° après avoir survolé Pluton. Aucun objet de Kuiper dans le volume du cône relativement étroit ainsi délimité n'a été découvert en juin 2014 malgré les 10 ans de recherches entreprises depuis le lancement : en effet les objets de la ceinture de Kuiper ne sont pas très nombreux (environ 1 000 découverts dans un volume d'espace énorme) et sont très difficiles à détecter du fait de leur petite taille et de leur éloignement (quelques dizaines d'UA). Entre 2011 et 2013, une campagne intense d'observation (84 heures) a été menée en utilisant certains des observatoires terrestres les plus puissants : Subaru, Magellan et Keck. 52 objets nouveaux appartenant à la ceinture ont été découverts mais aucun n'est à portée de New Horizons. Le plus proche nécessite d'effectuer une manœuvre de 200 m/s. Or, la date limite pour une découverte exploitable se situe au cours de l'été 2014. En effet, pour organiser un rendez-vous, il faut connaitre l'orbite de l'objet survolé, ce qui suppose d'effectuer deux observations à un an d'intervalle (le rendez-vous avec Pluton aura lieu en juillet 2015).

À la suite du résultat infructueux des recherches terrestres, l'équipe de New Horizons demande au printemps 2014 un créneau d'observation sur le télescope spatial Hubble, car celui-ci permet de gagner 1,6 magnitude grâce à sa position dans l'espace. Un temps d'observation de 200 orbites (~ 300 heures) est demandé. Cette durée résulte d'une hypothèse statistique basée sur les découvertes précédentes. Selon cette hypothèse, il devrait y avoir 94 % de chance qu'une observation de cette durée permette de découvrir un objectif à portée. Les responsables du projet proposent, pour obtenir l'accord du Space Telescope Science Institute, qui alloue le temps d'observation de Hubble, d'effectuer une première observation de 40 orbites (~ 60 heures) qui selon l'hypothèse effectuée, devrait permettre de découvrir 2 nouveaux objets. Si ces découvertes valident le modèle statistique, ils demanderont l'allocation des 160 orbites (~ 240 heures) supplémentaires. Si la recherche échoue, l'équipe de New Horizons propose que la sonde spatiale soit utilisée après son survol de Pluton pour observer à distance un certain nombre d'objets de la ceinture du Kuiper afin d'établir un modèle de leur distribution plus précis. La phase d'observation pilote débute en juin 2014. À son issue, le 1^er juillet, deux nouveaux objets sont découverts dans la ceinture de Kuiper comme prévu par l'équipe New Horizons. En conséquence, les gestionnaires du télescope spatial ont alloué la tranche de temps d'observation (160 orbites = ~ 240 heures) demandée. Finalement en octobre 2014 l'équipe de New Horizons annonce avoir découvert au moins un objectif que la sonde spatiale est certaine de pouvoir survoler compte tenu des réserves de carburant dont elle dispose. Cet objet de Kuiper, baptisé "1110113Y" sur le site Hubble, a un diamètre de 30 à 45 km et se trouve à une distance de 43,4 UA du Soleil. Sa magnitude apparente est de 26,8. Deux autres cibles potentielles d'un diamètre proche et situées à une distance pratiquement équivalente continuent d'être étudiées. 1110113Y devrait être survolé par New Horizons vers janvier 2019 soit trois ans et demi après le survol de Pluton.

Survol et étude de Pluton et de ses satellites (janvier 2015-avril 2016)

Les observations continues du système plutonien doivent débuter quatre mois avant le survol de Pluton et la transmission des données recueillies doit s'achever neuf mois après le survol. Le déroulement détaillé des observations a été défini dès 2001-2003 dans la mesure où il a contribué à définir l'architecture générale de la sonde spatiale, l'emplacement des instruments scientifiques ainsi que les tests et recettes effectués durant l'intégration de la sonde spatiale et après son lancement. Le déroulement des observations est subdivisé en quatre phases : la première phase débute en janvier 2015 lorsque l'instrument LORRI commence à pouvoir effectuer des photos de Pluton qui permettent de distinguer des structures. Lorsque le volume des données croît au point qu'elles ne peuvent plus être transmises aussi vite qu'elles sont collectées, débute la phase de survol éloigné. La troisième phase, qui se définit comme celle où les instruments sont à même de permettre de remplir les objectifs principaux de la mission, débute 13 heures avant le survol et s'achève 5 heures après celui-ci. Enfin, la quatrième phase durant laquelle la sonde s'éloigne de Pluton permet d'effectuer des observations limitées.

Les observations de la phase d'approche

150 jours avant le survol, débutent les observations continues de Pluton et ses satellites avec les instruments Ralph/MVIC, Ralph/LEISA, LORRI et Alice. À cette distance, LORRI permet une résolution optique de 900 km/pixel similaire avec ce qui est obtenu par le télescope Hubble. Une séquence de photos de Pluton est prise sur une période de 6,5 jours, correspondant à la période de rotation de la planète naine, pour pouvoir établir une carte complète de sa surface. Cette séquence de 6,5 jours est répétée à chaque fois que la résolution s'améliore de 50 %, soit 100, 66, 44, 28, 19, 12 et 6 jours avant le survol de Pluton. Les données collectées permettent de détecter les évolutions temporelles, d'obtenir des cartes et des spectres. Elles sont également utilisées pour affiner les orbites et donc les masses de Pluton et ses satellites ainsi que pour détecter des lunes qui n'auraient pas été découvertes par les télescopes terrestres. La dernière séquence qui débute 6 jours avant le survol fournit les images et spectres avec la meilleure résolution, y compris de la face cachée lors du survol qui est photographiée 3,2 jours avant celui-ci. L'instrument SWAP commence ses observations du vent solaire entre 27 et 54 jours avant le survol tandis que PEPPSI tente de détecter les ions s'échappant de l'atmosphère de Pluton quelques jours avant le survol.

Traversée du système plutonien

Trajectoire de New Horizons durant son survol de Pluton.

13 heures avant le survol de Pluton, qui doit avoir lieu le 14 juillet 2015 à 11 h 59 UTC, débutera la phase d'observation qui doit permettre de remplir les objectifs principaux de la mission. LORRI devrait d'abord effectuer des photos de Pluton et de Charon qui occuperont alors tout le champ optique de l'instrument et donnant une résolution de 2 à 3 km/pixel. La majeure partie des 7 heures qui suivront sera utilisée par l'instrument Alice pour réaliser des spectres de la luminescence atmosphérique afin de déterminer la composition de l'atmosphère de la planète. Des photos partielles seront effectuées par LORRI avant que LEISA n'établisse une carte de la composition de la surface trois heures avant le survol, avec une résolution de 10 km/pixel. Alice devrait ensuite être utilisé pour observer la surface de Pluton et de Charon. Deux heures à 1 heure et demie avant le survol, LEISA effectuera une deuxième cartographie redondante de la composition de la surface avec une résolution de 5 à 7 km/pixel. Puis, des cartes panchromatiques et en couleur de Pluton et de Charon à haute résolution et en infrarouge devraient être réalisées immédiatement avant le survol de la planète naine.

New Horizons devrait survoler Pluton le 14 juillet à 11 h 59 UTC à 11 095 km de distance, à une vitesse relative de 13,78 km/s puis passer au plus près de Charon vers 12 h 13 à une distance de 26 926 km. Immédiatement après le survol du système plutonien, la sonde spatiale devrait se retrouver du côté de la face non éclairée de Pluton et de ses lunes. Au cours des deux heures qui suivent, Pluton puis Charon se trouveront en position d'occulter le Soleil (12 h 48 pour Pluton et 14 h 17 pour Charon vu depuis la sonde spatiale ainsi que la Terre (1 à 2 minutes après l'occultation du Soleil car à cette distance Terre et Soleil ne font qu'un angle de 0,24°). Ces occultations seront mises à profit pour mesurer le décalage Doppler avec REX (occultation de la Terre) et la luminescence atmosphérique avec Alice (occultation du Soleil). Les observations du système plutonien se poursuivent 30 jours après le survol, notamment l'étude du vent solaire avec SWAP et de l'échappement de l'atmosphère avec PEPSSI. Les données accumulées durant les phases d'observation approchée qui auront été stockées dans la mémoire de masse seront transmises à la Terre. Du fait du débit limité par la distance séparant la sonde de notre planète, le transfert des données ne devrait s'achever qu'en avril 2016 .

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  La planète naine Pluton...
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  ... et son compagnon Charon, aux plus hautes résolutions disponibles avant l'arrivée de New Horizons (Hubble, vers 2010).

Exploration de la ceinture de Kuiper (2015-2025)

Il est prévu que la sonde fasse des observations d'astéroïdes à grande distance, environ deux à trois par an jusqu'en 2018. Une rencontre se fera en janvier 2015 à 0,5 UA avec VNH0004, deux autres en juin et en septembre de la même année. Même si des photos détaillées sont exclues, ces observations pourraient révéler l'existence de satellites et donner des indications sur la rotation et l'aspect des différents hémisphères.

Après le survol de Pluton, New Horizons traversera la ceinture de Kuiper, qui s'étend de 30 à 55 unités astronomiques du Soleil, et dont l'étude constitue le deuxième objectif de la mission. Compte tenu de la navigation quasi parfaite de la sonde, celle-ci disposera à ce moment de suffisamment d'ergols pour modifier sa trajectoire de 130 m/s, ce qui pourrait lui permettre de s'écarter d'un angle inférieur à 1° de sa route. Dans le volume du cône relativement étroit ainsi délimité, les responsables de la mission estimaient initialement que la sonde spatiale avait une probabilité de 50 % de passer à portée d'un corps céleste de 72 km de diamètre ou de plus de 95 % de passer à proximité d'un objet de 45 km ou plus. Cette probabilité atteint son maximum à la distance de 42 Unités Astronomiques du Soleil, qui correspond à la plus forte concentration d'objets de la Ceinture de Kuiper, région qui devrait être traversée entre les années 2018 et 2019. L'objectif le plus probable (probabilité de 100 % de pouvoir être atteint), dont la découverte a été officialisée en octobre 2014 après plusieurs campagnes d'observation astronomique, a été baptisé « 1110113Y » et a un diamètre de 30 à 45 km. Il est situé à une distance de 43,4 UA du Soleil et sa magnitude apparente est de 26,8. Deux autres cibles potentielles, d'un diamètre proche et situées à une distance pratiquement équivalente, sont également à l'étude fin 2014. 1110113Y devrait être survolé par New Horizons vers janvier 2019 , soit trois ans et demi après la traversée du système plutonien. Les manœuvres nécessaires pour l'atteindre ne devraient consommer qu'un tiers de la réserve d'ergols de la sonde spatiale.

Les observations de 1110113Y devraient se dérouler de la même manière que pour le système plutonien. Elles débuteraient un mois avant le survol en utilisant l'ensemble des instruments, et la transmission des données collectées devrait durer deux mois. À ce jour, il n'est pas encore certain que ce soit cette cible qui soit sélectionnée, bien que la sonde ait suffisamment de propergol pour effectuer cette rencontre. Il est possible en effet que d'autres objets soient choisis en particulier si plusieurs survols à faible distance sont possibles.

La mission de New Horizons devrait se poursuivre jusqu'en 2025, date à laquelle la sonde spatiale aura atteint la distance de 50 à 60 ua, ce qui correspond à la limite externe de la ceinture de Kuiper, au-delà de laquelle on ne trouve plus que les objets épars dont la densité rend un survol peu probable.

Position actuelle

Position de New Horizons
(le 1er janvier 2015).

Le 1^er janvier 2015, New Horizons était à 1,53 UA de Pluton, 31,30 UA du Soleil et 32,29 UA de la Terre. La sonde voyage à 14,6 km/s ou environ 3,0 UA par année (par rapport au soleil). Le signal radio met plus de quatre heures pour aller de la sonde à la Terre.

Notes et références

Sources

NASA :

• (en) NASA, New Horizons: Jupiter flyby presskit, janvier 2007 (lire en ligne)
  Document de présentation à la presse du survol de Jupiter.
• (en) NASA, New Horizons: launch presskit, janvier 2006 (lire en ligne)
  Document de présentation à la presse de New Horizons pour son lancement.

Autres :

• (en) S. Alan Stern et al., « The New Horizons Pluto Kuiper Belt Mission: An Overview with Historical Context », Space Sci Rev, vol. 140,‎ 29 janvier 2008, p. 3–21 (DOI DOI 10.1007/s11214-007-9295-y)
  Historique du projet et principales caractéristiques de la mission.
• (en) Glen H. Fountain et al., « The New Horizons Spacecraft », Space Sci Rev, vol. 140,‎ 27 juin 2008, p. 23–47 (DOI 10.1007/s11214-008-9374-8)
  Caractéristiques de la sonde spatiale New Horizons.
• (en) Leslie A. Young et al., « New Horizons: Anticipated Scientific Investigations at the Pluto System », Space Sci Rev, vol. 140,‎ 3 décembre 2008, p. 93–127 (DOI 10.1007/s11214-008-9462-9)
  Les apports de la mission New Horizons vis-à-vis de nos connaissances du système plutonien.
• (en) Yanping Guo et al., « New Horizons Mission Design », Space Sci Rev, vol. 140,‎ 29 aout 2007, p. 49–74 (DOI 10.1007/s11214-007-9242-y)
  Conception de la trajectoire de la mission New Horizons.
• (en) H.A. Weaver et al., « Overview of the New Horizons Science Payload », Space Sci Rev, vol. 140,‎ 4 juin 2008, p. 75-91 (DOI 10.1007/s11214-008-9376-6)
  Synthèse sur les instruments scientifiques emportés par New Horizons.
• (en) Dennis C. Reuter et al., « Ralph: A Visible/Infrared Imager for the New Horizons Pluto/Kuiper Belt Mission », Space Sci Rev, vol. 140,‎ 4 juin 2008, p. 129–154 (DOI 10.1007/s11214-008-9375-7)
  Caractéristiques détaillées de l'instrument RALPH.
• (en) S. Alan Stern et al., « ALICE: The Ultraviolet Imaging Spectrograph Aboard the New Horizons Pluto–Kuiper Belt Mission », Space Sci Rev, vol. 140,‎ 16 aout 2008, p. 155-187 (DOI 10.1007/s11214-008-9407-3)
  Caractéristiques détaillées de l'instrument ALICE.
• (en) A.F. Cheng et al., « Long-Range Reconnaissance Imager on New Horizons », Space Sci Rev, vol. 140,‎ 9 novembre 2007, p. 189–215 (DOI 10.1007/s11214-007-9271-6)
  Caractéristiques détaillées de l'instrument LORRI.
• (en) D. McComas et al., « The SolarWind Around Pluto (SWAP) Instrument Aboard New Horizons », Space Sci Rev, vol. 140,‎ 8 aout 2007, p. 261–313 (DOI 10.1007/s11214-007-9205-3)
  Caractéristiques détaillées de l'instrument SWAP.
• (en) Ralph L. Jr McNutt et al., « The Pluto Energetic Particle Spectrometer Science Investigation (PEPSSI) on the New Horizons Mission », Space Sci Rev, vol. 140,‎ 25 octobre 2008, p. 315-385 (DOI 10.1007/s11214-008-9436-y)
  Caractéristiques détaillées de l'instrument PEPSSI.
• (en) M. Horányi et al., « The Student Dust Counter on the New Horizons Mission », Space Sci Rev, vol. 140,‎ 6 septembre 2007, p. 387–402 (DOI 10.1007/s11214-007-9250-y)
  Caractéristiques détaillées de l'instrument SDC.

Voir aussi

Articles connexes

• Pluton
• Ceinture de Kuiper
• Sonde spatiale

Liens externes

• (en) Site officiel du programme New Horizons.
• (fr) Dossier Futura-Sciences : « New Horizons : 11 kg de plutonium pour comprendre Pluton ».
• (en) Liste de documents de référence.

Bibliographie

• Alain Doressoundiram et Emmanuel Lellouch, Aux Confins du système solaire, 2008 [détail de l’édition]