Venus Express

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Venus Express

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Vue d'artiste

Caractéristiques
Organisation Agence spatiale européenne
Domaine Étude de Vénus
Masse 1270 kg (dont 570 kg ergols)
Lancement 9 novembre 2005
Lanceur Soyouz-FG-Fregat
Fin de mission 31 décembre 2014
Orbite orbite polaire
Périgée 250 km
Apogée 66000 km
Période 24 h
Inclinaison 90°
Programme Horizon 2000+
Index NSSDC 2005-045A
Site http://www.esa.int/SPECIALS/Venus_Express/
Principaux instruments
ASPERA-4 Détermination des gaz neutres et ionisés
MAG Magnétomètre
PFS Spectromètre infrarouge
SPICAV Spectromètre
VIRTIS Spectromètre-imageur visible et infrarouge
VMC Caméra grand angle ultraviolet et visible
VeRa Radio science

Venus Express est une sonde spatiale de l'Agence spatiale européenne (ESA) lancée en novembre 2005 dont l'objectif est d'étudier la planète Vénus. Après s'être placée en avril 2006 sur une orbite très allongée de 24 heures autour de la planète, la sonde spatiale a entamé une étude détaillée de la structure, la chimie et la dynamique de l'atmosphère de la planète. Elle utilise à cet effet une combinaison d'instruments comprenant un spectromètre, un spectro-imageur et une caméra fonctionnant dans des longueurs d'ondes allant de l'ultraviolet à l'infrarouge thermique ainsi qu'un analyseur de plasma et un magnétomètre.

Venus Express a été développée dans le cadre du programme scientifique européen Horizon 2000+. La réutilisation de la plateforme mise au point pour Mars Express et d'instruments existants a permis de développer la sonde spatiale très rapidement et à un coût modéré. Venus Express est la première mission d'exploration de l'ESA en direction de cette planète et la première à la visiter depuis le programme Magellan en 1994. La mission d'une durée initiale de 500 jours a été prolongée à quatre reprises et la sonde spatiale est toujours opérationnelle en 2014.

Objectifs scientifiques[modifier | modifier le code]

Les objectifs scientifiques de Venus Express sont les suivants[1] :

  • étude de la circulation atmosphérique : vitesse de rotation, mécanismes de circulation générale
  • rôle de l'effet de serre sur l'évolution passée de la planète et son incidence sur son évolution
  • étude de l'activité tectonique et volcanique présente
  • origines de la divergence entre l'évolution de la Terre et celle de Vénus

Caractéristiques techniques[modifier | modifier le code]

L'architecture de la sonde spatiale Venus Express dérive de celle de la sonde martienne Mars Express. Certaines caractéristiques ont été modifiées pour résister à l'environnement spatial de Vénus : la planète se situant deux fois plus près du Soleil que Mars, la sonde reçoit un rayonnement thermique quatre fois plus important que son homologue martien, les radiations sont nettement plus intenses et la luminosité reçue par ses panneaux solaires est plus forte. L'équipement électrique, le contrôle thermique, les communications et les panneaux solaires ont donc été modifiés en conséquence. Venus Express emprunte certains de ses instruments scientifiques à la mission Rosetta et d'autres à la mission Mars Express. Grâce à cette réutilisation de composants existants; le développement de la sonde n'a duré que 33 mois et le coût est modéré. Le budget total de la mission s'élève à 220 millions d'euros (dont 35 millions pour le lancement, 82,4 millions pour la maîtrise d'œuvre et 23 millions pour les instruments scientifiques). 197 millions d'euros sont à la seule charge de l'ESA.

D'une masse totale au lancement de 1 270 kilogrammes, Venus Express se présente sous la forme d'une structure en aluminium en nid d'abeille de 1,65 mètre de long par 1,7 mètre de large et 1,4 mètre de haut. De chaque côté sont placés deux panneaux solaires assurant l'alimentation en électricité d'une superficie totale de 5,71 m² fournissant 800 Watts au niveau de la Terre et 1100 Watts au niveau de Vénus. L'antenne grand gain pour les communications avec la Terre se trouve sur un autre côté. Pour résister au flux d'énergie solaire qui est quatre fois plus important dans l'orbite de Vénus que celle de Mars, la sonde doit maintenir la température interne aux environs de 20 à 25 °C. La sonde spatiale dispose d'un propulseur principale de 415 Newtons de poussée et plusieurs petits propulseurs utilisé pour les corrections d'orbite et le contrôle de l'orientation. Venus Express est stabilisé 3 axes.

Tout comme pour Mars Express, l'intégrateur est la société européenne EADS Astrium.

Instrumentation[modifier | modifier le code]

Les instruments scientifiques de Venus Express sont un mélange d'éléments en double et de concepts des sondes Mars Express et Rosetta, avec bien sûr quelques modifications pour les adapter aux hautes radiations et à l'environnement thermique entourant Vénus. La plupart des instruments d'observation opèrent dans l'infrarouge afin de percer l'épaisse couche nuageuse qui couvre la planète. Une caméra, la VMC, est néanmoins capable de prendre des images dans l'ultraviolet et la lumière visible afin de capturer l'image d'éclairs et d'observer ces nuages dans différentes longueurs d'onde[2] :

  • ASPERA-4 (Analyzer of Space Plasmas and Energetic Atoms) : destiné à analyser l'interaction entre le vent solaire et l'atmosphère vénusienne, déterminer l'impact de la production de plasma dans l'atmosphère et la distribution globale de plasma et de gaz neutres, étudier les atomes à haute énergie, les ions et les électrons dans l'environnement immédiat de Vénus. ASPERA-4 est une réutilisation d'ASPERA-3 utilisé pour Mars Express, mais adapté à Vénus. Il a été réalisé par le Swedish institute of space physics de Kiruna, Suède[3].
  • MAG : magnétomètre destiné à la mesure du champ magnétique de Vénus et sa direction lors d'interactions avec le vent solaire. Il sera capable de cartographier la magnétopause, la magnétosphère et l'ionosphère en haute résolution et en trois dimension, d'aider ASPERA-4 à étudier l'interaction du vent solaire et de l'atmosphère de Vénus, d'identifier les frontières entre les différentes régions de plasma et d'effectuer quelques observations planétaires (pour les éclairs par exemple). MAG dérive de ROMAP, utilisé dans la sonde Rosetta. Réalisé par l'OAW, Autriche[4].
  • PFS (Planetary Fourier Spectrometer) : spectromètre opérant dans les longueurs d'onde infrarouges, entre 0,9 et 45 µm et destiné à réaliser des sondages optiques verticaux de l'atmosphère de Vénus. Il réalisera une surveillance globale, à long-terme et en trois dimensions du champ de température de la basse atmosphère (jusqu'à 100 km d'altitude). Il procèdera à la recherche de molécules atmosphériques éventuelles qui n'auraient pas encore été détectées, analysera les aérosols atmosphériques et les échanges entre l'atmosphère et la surface. Le modèle est basé sur un spectromètre de Mars Express, mais modifié pour accroître sa performance. Réalisé par l'Istituto fisica spazio interplanetario de Rome, Italie[5].
  • SPICAV (Spectroscopy for Investigation of Characteristics of the Atmosphere of Venus) : spectromètre destiné à l'analyse des radiations dans l'infrarouge et l'ultraviolet. Dérivé du SPICAM de Mars Express. SPICAV possède un canal additionnel nommé SOIR (Solar Occultation at Infrared) qui observera le Soleil dans l'infrarouge à travers l'atmosphère vénusienne. Réalisé par le service d'aéronomie du CNRS de Verrières-le-Buisson, France[6].
  • VeRa (Venus Radio Science) : sondage radio de l'atmosphère par transmission d'ondes radio depuis la sonde à travers l'atmosphère ou par réflexion sur la surface. Ces ondes radio seront reçues par une station terrestre qui analysera l'ionosphère, l'atmosphère et la surface de Vénus. L'instrument est dérivé d'un instrument similaire de Rosetta. Réalisé par l'Université de Munich, Allemagne[7].
  • VIRTIS (Visible and Infrared Thermal Imaging Spectrometer) : spectromètre dans l'ultraviolet proche, le visible et l'infrarouge. Analysera toutes les couches de l'atmosphère, la température de surface et les interactions entre la surface et l'atmosphère. Dérivé d'un instrument de Rosetta. Réalisé par l'Observatoire de Paris, France, et l'Istituto di Astrofisica Spaziale e Fisica Cosmica, Italie[8].
  • VMC (Venus Monitoring Camera) : caméra CCD multi-canaux à grand angle opérant dans le visible, l'ultraviolet et le proche infrarouge. Elle cartographiera la distribution de luminosité de la surface et recherchera une éventuelle activité volcanique, surveillera les émissions lumineuses de l'atmosphère, étudiera la distribution de phénomènes d'absorption ultraviolette inconnus dans la haute atmosphère ainsi que plusieurs autres observations scientifiques. La caméra sera capable de prendre des images et de réaliser des films. Elle est dérivée de la caméra à haute-résolution stéréo (HRSC) de Mars Express et du système d'image optique, spectroscopique et infrarouge (OSIRIS) de Rosetta. Réalisée par le MPAe, Allemagne[9].

Le recueil des données[modifier | modifier le code]

Venus Express circule sur une orbite polaire (inclinaison de 90°) haute très allongée : l'apogée est de 66000 km tandis que le périgée est de 250 km. L'orbite est parcourue en 24 heures. L'orbite est fixe dans le repère inertiel (par rapport aux étoiles) de manière à ce que toutes les longitudes puissent être observées au cours d'une journée sidérale vénusienne (=243 jours terrestres). Les opérations sur une orbite comprennent deux phases[10] :

  • La phase d'observation se déroule lorsque la sonde spatiale est au plus près de la planète. Durant celle-ci les instruments scientifiques sont pointés vers la planète. Il existe différents modes d'observation : le pointage vers le nadir pour l'utilisation des instruments VIRTIS, PFS, SPICAV et VMC ; l'observation du limbe avec les instruments VIRTIS, PFS, SPICAV et VMC ; l'occulation stellaire avec SPICAV ou SPICAV/SOIR et le sondage par transmissions radio (VeRa).
  • La phase dédiée aux communications avec la Terre. Une des deux antennes grand gain de la sonde spatiale est pointée vers la Terre et les données collectées sont transmises tandis que les instructions des opérateurs sur Terre sont réceptionnées. L'antenne sélectionnée dépend de la position du Soleil : il faut en effet que la face de la sonde spatiale sur laquelle sont montés les radiateurs dissipateurs de la chaleur interne restent à l'ombre. Les transmissions à haut débit se font en bande X et durent 8 heures à chaque orbite.

Historique[modifier | modifier le code]

De la conception au lancement[modifier | modifier le code]

Déroulement de la mission (2005-)[modifier | modifier le code]

Lancement et transit vers Vénus[modifier | modifier le code]

La dernière phase de test de la sonde à l'usine EADS Astrium à Toulouse, en France intervient le 3 août 2005, commence alors le transport de la sonde vers le cosmodrome de Baïkonour au Kazakhstan à bord d'un avion cargo Antonov An-124 avec escale à Moscou en Russie[11]. La sonde arrive à Baïkonour le 10 août et les tests des différents éléments de la sonde commencent[12].

Le 12 octobre 2005, Venus Express est arrimée à l'étage supérieur Fregat du lanceur Soyouz[13]. La fenêtre de lancement de Venus Express s'étend du 26 octobre au 23 novembre 2005, avec un lancement initialement prévu pour le 26 octobre à 05h43 TU. Mais suite à une contamination dans la coiffe du lanceur, le lancement est repoussé de quelques jours, le temps de retirer la sonde de l'étage supérieur du lanceur, de la nettoyer et de la remonter sur sa base[14]. La sonde et son lanceur sont placés sur le pas de tir le 5 novembre[15]. Le lancement a lieu le 9 novembre 2005 à 03h33:34 TU, grâce à une fusée Soyouz-Fregat de l'entreprise Starsem. La sonde se sépare complètement du lanceur 1h 36 minutes plus tard, faisant de son lancement un succès. Son transfert vers Vénus nécessite au moins une correction de trajectoire à proximité de la Terre[16].

Le contrôle de la mission est assuré, comme tous les programmes spatiaux européens, par le Centre européen d'opérations spatiales (ESOC) de l'ESA, situé à Darmstadt en Allemagne[17].

Le voyage vers Vénus est direct, sans assistance gravitationnelle et dure 153 jours. Le 11 avril 2006, la sonde utilise son propulseur principal pour réduire sa vitesse de 1251 m/s ce qui fait passer sa vitesse par rapport à Vénus, de 29 000 à 25 000 km/h. Elle est capturée 50 minutes plus tard par le champ de gravité de la planète[18].

Venus Express met cinq jours supplémentaires pour atteindre son orbite de travail et est totalement opérationnelle le 18 mai 2006 [19].

Observation de Vénus[modifier | modifier le code]

La durée nominale prévue de la mission est de deux jours vénusiens soit environ 500 jours terrestres. Venus Express est placée sur une orbite très elliptique, survolant le pôle nord de Vénus à seulement 250 kilomètres d'altitude et s'éloignant au plus à 66 000 kilomètres, avec une période d'un jour terrestre (afin de faciliter les opérations depuis la Terre) [20].

Venus Express étudie l'atmosphère ainsi que les nuages vénusiens en détail, le plasma et les caractéristiques de la surface de Vénus. Elle réalise également une cartographie complète des températures de surface de la planète[21].

Prolongement de la mission[modifier | modifier le code]

Compte tenu de la qualité des informations collectées, la mission est prolongée à trois reprises : une première fois jusqu'en mai 2009, une deuxième fois jusqu'en décembre 2012 suite à la décision du comité des programmes scientifiques du 2 octobre 2009 [22],[23], puis une troisième fois jusqu'en décembre 2014[24].

Fin de mission (juin-juillet 2014)[modifier | modifier le code]

Huit ans après son arrivée en orbite autour de Vénus, la sonde spatiale est sur le point d'épuiser les ergols qui lui permettent de se maintenir sur son orbite. La phase de recueil des données scientifiques s'achève mi-mai 2014. Les responsables du projet de l'ESA ont décidé de conclure la mission en prenant le risque de faire plonger la sonde dans l'atmosphère de Vénus jusqu'à l'altitude de 134 km (jusque là Venus Express avait toujours été maintenue au dessus de 165 km). A cette altitude l'atmosphère beaucoup plus dense exerce une pression importante sur la structure de la sonde spatiale. L'objectif est à la fois de recueillir des données sur la technique de l'aérofreinage qui permet d'économiser du carburant pour l'insertion en orbite mais également d'avoir des informations inédites sur la composition de l'atmosphère dans ces couches plus basses de l'atmosphère. Cette phase doit durer entre le 18 juin et le 11 juillet. Si le carburant n'est pas épuisé à cette date et si la sonde est encore opérationnelle l'altitude sera rehaussée à l'issue de la phase et des mesures scientifiques limitées se poursuivront jusqu'à épuisement des ergols[25].

Résultats[modifier | modifier le code]

Notes et références[modifier | modifier le code]

  1. (en) « Venus Express - Science », CNES,‎ 12 février 2009 (consulté en 23 septembre 2009)
  2. (en) « Venus Express - Instruments », Agence spatiale européenne,‎ 24 mai 2007 (consulté en 10 janvier 2008)
  3. (en) « Venus Express - Instruments - ASPERA-4: Analyser of Space Plasmas and Energetic Atoms », Agence spatiale européenne,‎ 24 mai 2007 (consulté en 10 janvier 2008)
  4. (en) « Venus Express - Instruments - MAG: Magnetometer », Agence spatiale européenne,‎ 24 mai 2007 (consulté en 10 janvier 2008)
  5. (en) « Venus Express - Instruments - PFS: Planetary Fourier Spectrometer », Agence spatiale européenne,‎ 24 mai 2007 (consulté en 10 janvier 2008)
  6. (en) « Venus Express - Instruments - SPICAV: Spectroscopy for Investigation of Characteristics of the Atmosphere of Venus », Agence spatiale européenne,‎ 24 mai 2007 (consulté en 10 janvier 2008)
  7. (en) « Venus Express - Instruments - VeRa: Venus Radio Science », Agence spatiale européenne,‎ 24 mai 2007 (consulté en 10 janvier 2008)
  8. (en) « Venus Express - Instruments - VIRTIS: Visible and Infrared Thermal Imaging Spectrometer », Agence spatiale européenne,‎ 24 mai 2007 (consulté en 10 janvier 2008)
  9. (en) « Venus Express - Instruments - VMC: Venus Monitoring Camera », Agence spatiale européenne,‎ 24 mai 2007 (consulté en 10 janvier 2008)
  10. (en) « Venus Express Operations », Agence spatiale européenne (consulté en 7 avril 2014)
  11. (en) « Venus Express launch campaign starts », Agence spatiale européenne,‎ 3 août 2005 (consulté en 10 janvier 2008)
  12. (en) « Venus Express arrives in Baikonur », Agence spatiale européenne,‎ 10 août 2005 (consulté en 10 janvier 2008)
  13. (en) « Venus Express mated with upper-stage », Agence spatiale européenne,‎ 12 octobre 2005 (consulté en 10 janvier 2008)
  14. (en) « Venus Express launch postponed several days », Agence spatiale européenne,‎ 21 octobre 2005 (consulté en 10 janvier 2008)
  15. (en) « Venus Express moved back to launch pad », Agence spatiale européenne,‎ 7 novembre 2005 (consulté en 10 janvier 2008)
  16. (en) « Venus Express - Launch Phase », Agence spatiale européenne,‎ 11 avril 2006 (consulté en 10 janvier 2008)
  17. (en) « Venus Express - Venus Express Ground Segment Overview », Agence spatiale européenne,‎ 24 mai 2007 (consulté en 10 janvier 2008)
  18. (fr) « L'Europe remporte un nouveau "succès planétaire" : la sonde Venus Express a réussi son insertion en orbite », Agence spatiale européenne,‎ 11 avril 2006 (consulté en 10 janvier 2008)
  19. (fr) « Venus Express - Cruise Phase », Agence spatiale européenne,‎ 11 avril 2006 (consulté en 10 janvier 2008)
  20. (en) « Venus Express - Fact Sheet », Agence spatiale européenne,‎ 16 mai 2007 (consulté en 10 janvier 2008)
  21. (en) « Venus Express objectives », Agence spatiale européenne (consulté en 10 janvier 2008)
  22. (en) « ESA extends missions studying Mars, Venus and Earth's magnetosphere », Agence spatiale européenne,‎ 10 février 2005 (consulté en 23 septembre 2009)
  23. (en) « Mission extensions approved for science missions », Agence spatiale européenne,‎ 7 octobre 2009 (consulté en 1er décembre 2009)
  24. http://smsc.cnes.fr/VEX/Fr/
  25. (en) « Venus Express gets ready to take the plunge », Agence spatiale européenne,‎ 16 mai 2014

Bibliographie[modifier | modifier le code]

Annexes[modifier | modifier le code]

Articles connexes[modifier | modifier le code]

Liens externes[modifier | modifier le code]