BepiColombo

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Page d'aide sur l'homonymie Cet article concerne la sonde spatiale. Pour le mathématicien surnommé Bepi Colombo, voir Giuseppe Colombo (mathématicien).
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BepiColombo
Sonde spatiale
Description de cette image, également commentée ci-après

Test acoustique de la sonde spatiale complète

Données générales
Organisation Drapeau de l’Union européenne ESA, Drapeau du JaponJAXA
Constructeur Drapeau de l'Allemagne Airbus DS Allemagne
Drapeau de l'Italie Thales Alenia Space Italie
Drapeau du Japon NEC (module MMO)
Programme Horizon 2000+
Domaine Étude de Mercure
Type de mission orbiteur
Statut développement
Lancement vers octobre 2018
Lanceur Ariane 5 - ECA
Début de mission opérationnelle avril 2026
Durée 1 an (+1 an optionnel)
Caractéristiques techniques
Masse au lancement 4 121 kg
Propulsion chimique (MPO)
chimique et électrique (MTM)
Δv ~5 km/s (MMT), ~1 km/s (MPO)
Contrôle d'attitude stabilisé 3 axes(MPO)
spinné (MMO)
Source d'énergie panneaux solaires
Puissance électrique 14 kW (MTM < 0,62 U.A.)
1565 Watts (MPO < 0,4 U.A.)
465 Watts (MMO< 0,4 U.A.)
Orbite polaire
Satellite de Mercure
Périapside 400 km
Apoapside 1 500 km (MPO), 11 800 km (MMO)
Période 2,3 h (MPO), 9,2 h (MMO)
Inclinaison 90°
Principaux instruments
BELA Altimètre laser
MERMAG Magnétomètre
MERTIS Spectromètre imageur infrarouge
MGNS Spectromètre à neutrons et rayons gamma
MIXS Spectromètre imageur rayons X
Phébus Spectromètre ultraviolet lointain et extrême
SERENA Spectromètre de masse et analyseur de particule
SIMBIO-SYS Spectromètre imageur
MERMAG-M/MGF Magnétomètre
MPPE Particules énergétiques
PWI Ondes de plasma
MSASI Spectromètre en lumière visible

BepiColombo est une mission d'exploration de la planète Mercure qui doit être lancée en octobre 2018 et qui est développée par l'Agence spatiale européenne conjointement avec l'Agence d'exploration aérospatiale japonaise (JAXA). Les deux orbiteurs qui composent la mission doivent se placer en décembre 2025 en orbite autour de Mercure. L'orbiteur MPO, qui est développé par l'ESA et qui emporte 11 suites instrumentales, doit étudier l'intérieur et la surface de la planète Mercure ainsi que son exosphère. L'orbiteur MMO, développé par l'agence spatiale japonaise JAXA et qui comprend 5 instruments scientifiques, a pour objectif l'étude du champ magnétique, de l'exosphère ainsi que des ondes et des particules situées dans l'environnement immédiat de la planète. Un troisième module, le Mercury Transfer Module, ou MTM, dont la maîtrise d'œuvre est confiée à l'ESA, prend en charge la propulsion des modules MPO et MMO jusqu'à l'orbite de Mercure.

L'envoi d'une mission vers Mercure présente des difficultés techniques majeures (très grand delta-V et contraintes thermiques) et seuls des survols (Mariner 10) et une étude approfondie par la petite sonde spatiale américaine MESSENGER ont été jusque là réalisés. Mercure reste donc une planète peu connue alors que sa proximité du Soleil en fait un objectif scientifique important pour comprendre la genèse du système solaire. L'Agence spatiale européenne décide en 2000 dans le cadre de son programme Horizon 2000+ de développer une sonde spatiale lourde (4 100 kg) ayant recours pour la première fois de manière aussi importante à la propulsion électrique. Pour parvenir jusqu'à Mercure, BepiColombo a néanmoins recours à neuf reprises à l'assistance gravitationnelle des planètes intérieures. La mission primaire qui doit durer un an pourra être prolongée de manière optionnelle d'une année supplémentaire.

Sommaire

Contexte[modifier | modifier le code]

MESSENGER : cette petite sonde spatiale de la NASA lancée en 2004 est le premier et le seul engin spatial à s'être placé en orbite autour de la planète Mercure.

La mise en orbite d’un engin spatial autour de Mercure, la planète la plus proche du système solaire, nécessite, en vol direct, de pouvoir réduire la vitesse orbitale de la sonde spatiale de 13 km/s une fois que celle-ci a échappé à l'attraction terrestre[Note 1]. Par ailleurs, une sonde placée en orbite autour de Mercure est soumise à des températures très élevées qui nécessitent des dispositifs adaptés et une parfaite maîtrise de l'orientation[1]. Compte tenu de ces difficultés techniques, il s'écoule plusieurs décennies sans qu'aucune sonde ne soit placée en orbite autour de Mercure. Les progrès réalisés dans le domaine de la mécanique spatiale dans les années 1980 et 1990 aboutissent à la mise au point des trajectoires balistiques et indirectes exploitant l’assistance gravitationnelle des planètes. Celles-ci permettent de placer une sonde en orbite autour de Mercure en ayant recours à la propulsion de manière limitée. Mariner 10, développée par la NASA, est la première sonde spatiale à approcher Mercure qu'elle survole à trois reprises entre 1974 et 1975. Lancée le 3 novembre 1973 en direction de Vénus elle est la première à utiliser l'assistance gravitationnelle d'une planète (Vénus) pour atteindre Mercure dont le survol n'était pas prévu à l'origine. Équipée d'une caméra, d'un magnétomètre et de plusieurs spectromètres, Mariner 10 met en évidence un champ magnétique significatif ainsi que la forte densité de la planète dûe à la présence d'un noyau ferreux de grande taille. Les télescopes terrestres les plus puissants n'avaient pas permis d'obtenir des images de qualité de la surface du fait de la proximité de l'alignement avec le Soleil. Les photos prises par Mariner 10 permettent de cartographier près de 45 % de la surface de la planète avec une résolution d'environ 1 km et révèlent une surface ancienne couverte de cratères à l'apparence très proche de celle de la Lune[2].

La NASA développe au milieu des années 2000 le premier orbiteur de la planète, baptisé MESSENGER dans le cadre de son programme de sondes spatiales à faible cout ce qui limite l'instrumentation scientifique embarquée. Durant son transit de sept ans vers la planète, MESSENGER effectue six survols rapprochés des planètes intérieures (la Terre, Vénus à deux reprises et Mercure à trois reprises), ce qui lui permet de limiter la masse de carburant embarqué par la sonde à un peu plus de 50 % de sa masse totale. MESSENGER se place en orbite autour de la planète en 2011 et débute une phase opérationnelle qui s'achève en 2015 avec l'épuisement de ses ergols. Bien qu'équipée d'un nombre limité d'instruments, elle fournit un grand nombre d'informations scientifiques. La couverture photographique est complétée et révèle des formations qui n'ont jusqu'à présent pas trouvé d'explications ; plusieurs découvertes inattendues sur la composition du sol de Mercure sont effectuées tandis que le champ magnétique mesuré confirme la présence d'un noyau partiellement liquide. Malgré la température élevée de la surface, de la glace d'eau est détectée dans les régions polaires plongées en permanence dans l'ombre.

Historique du projet[modifier | modifier le code]

Études et conception[modifier | modifier le code]

La structure du module MPO est placé dans le four à vide Phenix de l'ESTEC pour réduire les risques de dégazage dans l'espace (2012).

L'Agence spatiale européenne travaille, à partir du milieu des années 1980, sur des missions à destination de Mercure utilisant la propulsion électrique, plus efficace pour générer un delta-V important. Au début de la décennie 1990, ces travaux débouchent sur une proposition d'orbiteur. Au cours de la même décennie, une mission légère baptisée Mercury Express à l'image de Mars Express mais plus connue sous l'appellation LUGH (Low-cost Unified Geophysics at Hermes), est conçue. Elle prévoit le lancement d'un vaisseau-mère effectuant un survol embarquant deux mini-sondes. Mais LUGH n'est pas retenue car ses objectifs sont pris en charge par la mission MESSENGER, que la NASA décide de développer à la même époque dans le cadre de son programme Discovery. L'importance de l'exploration de Mercure est reconnue lorsque le comité scientifique de l'Agence spatiale européenne décide de sélectionner en 1996 les prochaines missions lourdes de son programme scientifique Horizon 2000+ : la mission vers Mercure est retenue ainsi que LISA, Gaia et Darwin. L'étude détaillée de cette mission réalisée en 1997 prévoit le recours à une propulsion électrique et deux véhicules distincts : un orbiteur stabilisé 3 axes chargé d'étudier la surface de la planète et un orbiteur spinné de plus petite taille effectuant une étude in situ des champs magnétique et électrique ainsi que des particules énergétiques[3]. L'apport d'une nouvelle mission vers Mercure, alors que MESSENGER est en cours de développement, fait l'objet d'un débat de fond, dont les conclusions font l'unanimité. Le lancement simultané des deux orbiteurs européens permet d'effectuer des études beaucoup plus approfondies. MESSENGER, développé dans le cadre du programme Discovery limitant fortement le budget[Note 2], dispose d'une panoplie d'instruments incomplète. La mission européenne doit permettre de compléter la couverture photographique et les relevés topographiques qui doivent être réalisés par MESSENGER[4].

En septembre 1999, la proposition de mission vers Mercure est baptisée BepiColombo, en l'honneur du scientifique italien Giuseppe Colombo, dit Bepi. Les calculs effectués par celui-ci ont permis aux ingénieurs de la NASA, chargés de concevoir la trajectoire de Mariner 10, d'effectuer plusieurs survols de la planète Mercure[5]. Le comité des programmes de l'Agence spatiale européenne décide, dans le cadre d'une réunion qui a lieu les 11 et 12 octobre 2000, d'implémenter les cinq missions recommandées par le Comité scientifique pour Horizon 2000+, à savoir les trois missions lourdes LISA, Gaia et BepiColombo (lancement programmé en 2009) ainsi que deux flexi-missions : la participation européenne à la mission de la NASA NGST (devenue par la suite le JWST) et l'observatoire solaire Solar Orbiter[6].

Mise au point de la mission[modifier | modifier le code]

Fusion avec le projet de l'agence spatiale japonaise IRAS[modifier | modifier le code]

En 1997, l'agence spatiale japonaise ISAS étudie également l'envoi d'une sonde spatiale vers Mercure. La mission envisagée a recours à la fois à la propulsion électrique et à l'assistance gravitationnelle pour se placer sur une orbite elliptique autour de la planète. Son objectif est l'étude des champs et des particules. La sonde spatiale doit être lancée en 2005 par un lanceur japonais H-IIA avec une arrivée sur son objectif en 2008. En 2000, les projets européen et japonais sont fusionnés. Les japonais sont chargés de fournir l'orbiteur spinné[4].

Abandon du projet d'atterrisseur[modifier | modifier le code]

Dans le scénario initial, un petit atterrisseur doit se poser au niveau des régions polaires (latitude 85°) non loin du terminateur, pour réduire les contraintes thermiques auxquelles il doit faire face. L'engin est chargé de mesurer les caractéristiques thermiques et physiques du sol. La planète ne disposant pas d'atmosphère, l'atterrissage nécessite un recours important aux rétrofusées avec un impact important sur la masse d'ergols embarquée. Plusieurs types d'engins - version minimaliste de type Beagle, atterrisseur équipé d'une foreuse, mini rover - et techniques d'atterrissage - atterrissage plus ou moins brutal, airbags - sont étudiés. Mais compte tenu de la nécessité de faire face à des températures extrêmes en surface et du budget masse limité dont dispose la mission, l'emport d'un atterrisseur est rapidement abandonné[7].

Sélection du lanceur et de la trajectoire[modifier | modifier le code]

La principale difficulté de la mission est la nécessité d'effectuer d'importants changements de vitesse consommateurs d'ergols pour parvenir jusqu'à Mercure. Aussi de nombreuses trajectoires combinant différents modes de propulsion avec le recours à l'assistance gravitationnelle des planètes internes sont étudiés. Deux méthodes de lancement sont envisagées. Dans le premier scénario, deux fusées Soyouz sont requises pour lancer chaque orbiteur, dont la masse unitaire se monte alors à environ 1 500 kg. Le deuxième scénario repose sur l'emploi d'une fusée Ariane 5 unique chargée de placer en orbite une masse évaluée à 2 500-2 800 kg. La première solution est complexe et la seconde coûteuse. Finalement, le développement d'une nouvelle version de l'étage supérieur Fregat de la fusée Soyouz ainsi que la décision de construire un pas de tir pour cette fusée à Kourou - facteur de gain supplémentaire dans les performances - entraîne l'adoption en 2004 d'un scénario de lancement unique par une fusée Soyouz-Fregat. La trajectoire adoptée est complexe car il faut compenser le différentiel de performances avec un lancement par une fusée Ariane 5 ainsi que la réduction de 50 % de la poussée de la propulsion électrique (conséquence des contraintes sur la masse induites par le choix du lanceur Soyouz). L'engin spatial doit effectuer plusieurs survols de la Terre et de la Lune pour parvenir à échapper à l'attraction de la Terre. Lancé depuis Kourou, le satellite devait se placer sur l'orbite de Mercure en 2019 [7]. Le projet est confirmé par le comité du programme scientifique de l'Agence spatiale européenne en février 2006. Son cout total est évalué à 1 milliard d'euros dont 665 millions € sont fournis par l'agence européenne. Le solde est financé par l'agence spatiale japonaise qui fournit le petit orbiteur spinné ainsi que la NASA, la Russie et les différents pays européens qui fournissent les instruments scientifiques[8].

Développement[modifier | modifier le code]

En 2007 l'ESA sélectionne Astrium Allemagne (devenu par la suite Airbus Defense and Space) conjointement avec Thales Alenia Space Italie pour la réalisation de la sonde spatiale (modules MPO et MTM)[9]. Les études plus poussées menées durant la phase de développement démontrent que les panneaux solaires, tels qu'ils ont été conçus, ne pourront faire face à l'afflux de chaleur qu'ils doivent subir et que leur surface doit être fortement accrue. En prenant en compte d'autres modifications apportées au concept initial, la masse de la sonde spatiale passe à 4 tonnes ce qui impose un lancement par une fusée Ariane 5. Le cout pour l'Agence spatiale européenne passe de 665 à 970 millions €. L'ESA décide malgré tout de poursuivre le projet. Le lancement est à l'époque prévu en 2014 mais il est repoussé en aout 2015 puis en juillet 2016 à la suite de problèmes rencontrés pour la mise au point des propulseurs électriques, des panneaux solaires et des antennes[10].

Un modèle thermique et structurel de MPO est livré par Thales Alenia Space Italie (sous-contractant d'Astrium Allemagne) à l'ESTEC en aout 2011[11]. Les tests débutent dans cet établissement en septembre avec des simulations d'expositions à des températures élevées réalisées dans le LSS (Large Space Simulator, une grande chambre simulant le vide spatial, pour étudier la résistance de l'engin à une erreur d'orientation dans les régions proches du Soleil[12]). En décembre 2011, le modèle structurel et thermique de MMO est livré depuis le Japon à l'ESTEC[13]. La mesure des caractéristiques physiques (répartition des masses) de la sonde spatiale complètement assemblée débute en juillet 2012[14]. L'assemblage du modèle protovol de BepiColombo (modèle servant à la fois pour la qualification et le vol) s'achève en juillet 2014 dans l'usine de Turin de Thales Alenia Space[15]. Les différents modules sont livrés durant l'été 2015 à l'ESTEC pour réaliser les tests sur la version de BepiColombo destinée à être lancée[16]. En novembre 2016, un problème électrique majeur est détecté au niveau d'un boîtier de régulation électrique durant la préparation aux tests thermiques du module de propulsion MTM. L'Agence spatiale européenne doit reporter le lancement de 6 mois en octobre 2016. La nouvelle date de lancement repousse l'arrivée de la sonde spatiale à décembre 2025[17]. Au cours de l'été 2017, la sonde spatiale achève ses tests dans l'établissement de l'Agence spatiale européenne, l'ESTEC, qui ont été réalisés à la fois dans sa configuration durant le transit Terre-Mercure et après séparation des deux modules MPO et MMO[18].

Objectifs scientifiques[modifier | modifier le code]

BepiColombo en cours d'assemblage final sans le paresoleil (2017).

Les principaux objectifs scientifiques de BepiColumbo sont :

  • analyse de la composition de Mercure afin de recueillir des données sur la nébuleuse solaire primitive ayant conduit à la formation du système solaire ;
  • expliquer la densité anormalement élevée de Mercure comparée aux autres corps du système solaire ;
  • déterminer si le noyau de Mercure se trouve à l'état solide ou liquide ;
  • recherche et étude d'une activité tectonique éventuelle ;
  • expliquer la présence d'un fort champ magnétique intrinsèque autour de Mercure alors que Vénus ou Mars en sont dépourvues ;
  • expliquer l'absence de traces de fer lors de toutes les analyses spectroscopiques alors qu'il est supposé être le constituant principal de la planète ;
  • détecter la présence éventuelle de glace d'eau ou de sulfure à l'ombre des cratères des régions polaires ;
  • réaliser une cartographie complète de la planète, en particulier de l'hémisphère non encore exploré par Mariner 10 ;
  • étude des mécanismes à l'origine de l'exosphère ;
  • étude de l'interaction du champ magnétique avec le vent solaire en l'absence d'ionosphère ;
  • décrire la structure de la magnétosphère et des phénomènes associés (ceintures de radiations, orages magnétiques...) ;
  • utiliser l'avance du périhélie de Mercure, due à la courbure de l'espace-temps près du Soleil, pour tester la théorie de la relativité générale.

Déroulement de la mission[modifier | modifier le code]

Le transit entre la Terre et Mercure[modifier | modifier le code]

BepiColombo doit être lancée en octobre 2018 par une fusée Ariane 5 ECA qui la place sur une orbite héliocentrique en lui fournissant un excédent de vitesse d'environ 3 km/s. La sonde combine l'action de ses moteurs ioniques et le recours à l'assistance gravitationnelle pour parvenir jusqu'à Mercure. Elle survole au cours de son transit à faible altitude la Terre à une reprise, Vénus à deux reprises et Mercure à six reprises. Entre l'orbite terrestre et l'orbite de Vénus, les panneaux solaires ne peuvent alimenter qu'un seul moteur ionique qui fournit une poussée comprise entre 90 et 130 milliNewtons en fonction de la distance au Soleil. Lorsque la trajectoire de la sonde spatiale se situe à l'intérieur de l'orbite de Vénus, deux moteurs ioniques peuvent être mis en marche avec une poussée comprise entre 195 et 290 milliNewtons[19]. Deux mois avant l'insertion en orbite autour de Mercure, le module MTM ayant achevé sa tâche est largué[20]. Après son largage, ce sont les propulseurs à ergols liquides du module MPO qui sont utilisés pour les opérations suivantes d'insertion en orbite et de correction de trajectoire. La propulsion électrique a limité la vitesse d'arrivée sur Mercure ce qui permet à la sonde spatiale de se placer en orbite autour d'un des points de Lagrange L1/L2 du système Mercure-Soleil sans avoir à décélérer évitant la nécessité d'effectuer une manœuvre critique. La sonde spatiale se place ensuite sur une orbite haute autour de Mercure (178,000 x 670 km). Cette orbite est progressivement réduite par la suite par 15 manoeuvres de correction d'orbite. Lorsque l'orbite est tombée à 11 800 x 480 km le module MMO est largué. Le module MPO poursuit ses manœuvres jusqu'à ce qu'il ait atteint son orbite opérationnelle (1 500 x 480 km).

La phase d'exploration (2026-2027)[modifier | modifier le code]

Pour remplir les objectifs de la mission, la durée de la mission a été fixée à une année terrestre pour les deux engins spatiaux MMO et de MPO. Au cours de cette période, la planète Mercure effectuera 4 tours du Soleil. Il est prévu de manière optionnelle de prolonger la mission d'une année terrestre.

L'orbiteur MPO est orienté de manière à ce que ses instruments de télédétection recueillent de manière continue des informations sur la surface de Mercure. Aussi les capteurs de ces instruments sont regroupés sur la même face de la sonde spatiale qui est en permanence pointée vers la surface. En conséquence 5 des 6 faces de l'orbiteur sont à moment ou un autre exposées au rayonnement du Soleil. La face non exposée est celle occupée par le radiateur chargé de dissiper la chaleur générée par le fonctionnement des instruments et celle du Soleil et de Mercure ayant franchi les couches d'isolant thermique[22].

Segment terrestre[modifier | modifier le code]

Le contrôle de BepiColombo depuis le sol est pris en charge par plusieurs établissements. Durant la phase de transit vers Mercure, l'Agence spatiale européenne dirige les opérations depuis le centre de contrôle de l'ESOC à Darmstadt (Allemagne) en utilisant l'antenne de 35 m. de Cebreros en Espagne pour communiquer avec la sonde spatiale. Une fois l'insertion en orbite achevée, l'ESOC prend en charge le contrôle du module MPO tandis que le centre de Sagamihara de l'agence spatiale japonaise assure le suivi des opérations du module MMO en utilisant l'antenne parabolique de Usuda de 64 mètres de diamètre. Les opérations scientifiques sont sous la responsabilité de l'établissement ESAC (Villafranca, Espagne) de l'Agence spatiale européenne. Celui-ci planifie les observations avec les scientifiques impliqués et prend en charge l'archivage et la distribution des données recueillies[21].

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

BepiColombo est en fait constitué de deux sondes spatiales solidaires jusqu'à l'arrivée près de l'orbite de Mercure mais qui deviennent autonomes par la suite. MPO (Mercury Planetary Orbiter) est un orbiteur stabilisée 3 axes développé par l'Agence spatiale européenne qui emporte 11 instruments destinés à étudier à la fois la surface et l'exosphère de Mercure. MMO (Mercury Magnetospheric Orbiter) fournie par l'Agence spatiale japonaise est un engin spinné emportant 5 instruments dédiés à l'étude de la magnétosphère de la planète. Un troisième module MTM (Mercury Transfer Module) propulse l'ensemble durant la phase de transit entre la Terre et Mercure et est largué à la fin de cette phase. Les trois modules forment un ensemble de 3,9 x 6,6 x 6,3 mètres dont l'envergure atteint 30,4 mètres lorsque les panneaux solaires du module de propulsion MTM sont déployés. BepiColombo a une masse de 4 121 kg au lancement dont environ 1 400 kg d'ergols.

Caractéristiques des modules de BepiColombo[23], [24],[25].
Caractéristique Drapeau de l’Union européenne Module MPO Drapeau du Japon Module MMO Drapeau de l’Union européenne Module MTM
Rôle Étude de la surface et de l'exosphère Étude de la magnétosphère Propulsion durant le transit vers Mercure
Masse 1 230 kg 225 kg 2 645 kg
Dimensions 2,4 x 2,2 x 1,7 m 1,8 x 1,8 x 1,1 m 3,5 x 3,7 x 2,3 m
Envergure totale
(panneaux solaires déployés)
7,8 m 1,8 m 30,4 m
Instruments scientifiques 11 (85 kg) 5 (45 kg) -
Énergie produite 935-1565 watts 348-450 watts 7-14 kiloWatts
Énergie consommée
par les instruments
110-180 watts 90 watts -
Ergols ergols liquides : 669 kg - xénon 587 kg
ergols liquides 157 kg
Delta-V ~1 km/s - ~5 km/s
Télécommunications en bande Ka
via antenne orientable 1 mètre
en bande X
via antenne phasée de 0,8 mètre
Volume données scientifiques 1550 gigabits/an 100 gigabits/an -

Le module de transfert vers Mercure (MTM)[modifier | modifier le code]

Un des deux ensembles de panneaux solaires est déployé pour des tests à l'ESTEC.

Le module de transfert vers Mercure MTM (Mercury Transfer Module) est chargé de la propulsion de l'ensemble constitué par le MMO et le MPO depuis la Terre jusqu'à l'orbite de Mercure. Il est largué peu avant la mise en orbite. Le module, d'une masse de 2645 kg, utilise une propulsion électrique et une propulsion chimique. Durant les longues périodes de propulsion électrique, le satellite est stabilisé 3 axes avec un pointage aligné sur le vecteur de la poussée des moteurs. Lorsque la propulsion n'est pas active, la sonde spatiale est stabilisée par rotation (spinnée) pour limiter la consommation des ergols chimiques qui serait requise par une orientation fixe.

Le système de propulsion électrique MEPS[modifier | modifier le code]

Le système de propulsion électrique MEPS (MTM Electric Propulsion System) est constitué par 4 moteurs ioniques à grille T6 fournissant chacun 145 milliNewtons de poussée. La poussée peut être modulée en modifiant la puissance électrique. Celle-ci peut varier entre 2,5 et 4,5 kilowatts en fournissant respectivement une poussée comprise entre 75 et 145 mA. L'impulsion spécifique correspondante est comprise entre 3710 et 412 secondes[26]. Ces moteurs éjectent du xénon stockés dans trois réservoirs. Le module dispose de 587 kg de xénon qui fournissent un delta-V total de 5 400 m/s. Chaque moteur peut être orienté de manière individuelle pour que le vecteur de poussée passe en permanence par le centre de masse au fur et a mesure de la consommation des ergols. La poussée peut être volontairement décentrée pour désaturer une roue de réaction. Le mode de fonctionnement normal consiste à faire fonctionner deux des quatre moteurs. Fournis par le constructeur anglais QinetiQ ces moteurs sont dérivés du moteur T5 utilisé par la mission européenne GOCE. Durant la mission il est prévu que la propulsion électrique fonctionne en tout 880 jours en continu répartis sur 35 phases propulsives dont la plus longue doit durer 167 jours. Les phases propulsives sont interrompues 30 jours avant le survol de chaque planète pour ne pas modifier les paramètres de survol qui jouent un rôle important dans la précision de l'assistance gravitationnelle[20].

Pour fonctionner les moteurs ioniques doivent être alimentés en énergie électrique. Le module MTM dispose d'immenses panneaux solaires (2 x 7,5 mètres portant l'envergure totale du module à 30,4 mètres, surface 42 m²). Ceux-ci fournissent au maximum 7 kW lorsque la sonde spatiale se trouve au point le plus éloigné du Soleil sur sa trajectoire (1,13 Unité Astronomique) et 14 kW lorsque la distance tombe à 0,62 U.A.[27]. Lorsque la sonde spatiale se trouve à moins de 0,5 Unité Astronomique du Soleil le rayonnement solaire porte la température des panneaux à des valeurs qui dégradent ceux-ci. Pour éviter cette montée en température, les panneaux solaires sont progressivement inclinés lorsque la sonde spatiale s'approche de Mercure et donc du Soleil. Cette contrainte impose en retour une surface plus importante des panneaux solaires.

L'orbiteur MPO[modifier | modifier le code]

L'orbiteur MPO à l'ESTEC pour des tests.
Radiateur du module MPO.

Plateforme[modifier | modifier le code]

L'orbiteur MPO (Mercury Planetary Orbiter) est une sonde spatiale stabilisée 3 axes, qui est placée en orbite polaire elliptique (480 × 1 500 km). Elle parcourt une révolution autour de la planète en 2,3 heures. MPO, qui est développée par l'Agence spatiale européenne, a pour objectif l'étude de la planète. Sa masse est de 1140 kg et elle emporte une charge utile de 85 Kg . L'énergie solaire est fournie par 3 panneaux solaires formant une aile unique orientable. Les panneaux, qui produisent environ 1 000 W durant la mission scientifique, sont partiellement recouverts de parties réfléchissantes (les Optical Solar Reflectors ou OSR) pour limiter leur montée en température. Pour atteindre cet objectif, les panneaux solaires sont également orientés de manière à ce que l'incidence des rayons solaires qui les atteignent ne soit pas perpendiculaire. Le contrôle d'attitude est réalisé à l'aide de quatre roues de réaction et deux ensembles redondants de 10 moteurs-fusées de 10 newtons de poussée consommant de l'hydrazine. L'orientation du module est déterminée à l'aide de 3 senseurs stellaires, deux centrales à inertie comportant chacune 4 accéléromètres et 4 gyroscopes et deux ensembles de deux senseurs solaires fins redondants. Les corrections de trajectoire sont confiées à deux ensembles redondants de quatre moteurs-fusées de 22 newtons de poussée biergols, consommant un mélange d'hydrazine et deMON-3. Les télécommunications sont assurées en bande X par une antenne grand gain orientable de 1 mètre de diamètre, une antenne moyen gain orientable et deux antennes faible gain fixes [28],[29].

Système de régulation thermique[modifier | modifier le code]

L'orbiteur MPO est soumis à un régime thermique particulièrement contraignant. Sur son orbite de travail le module passe à moins de 0,3 Unités Astronomiques du Soleil. La surface de Mercure, que l'orbiteur survole toutes les deux heures renvoie complètement le flux thermique émis par le Soleil. L'irradiance solaire est comprise entre 6 290 (lorsque Mercure est à l'apogée de son orbite) et 14 500 watts/m². Malgré les couches d'isolant 300 watts doivent être évacués. De son côté l'électronique génère 1 200 watts. La surface de l'orbiteur est portée à des températures dépassant 400°C. Pour faire face à ce problème, le corps de MPO est recouvert de trois couches d'isolant thermique. La couche extérieure à haute performance supporte sans se dégrader 450°C. La couche intermédiaire résiste à une température de 250°C. Enfin une couche de revêtement thermique standard est apposée sur la structure de MPO et les parties de la sonde spatiale directement exposées au Soleil. les trois couches sont espacées par des écarteurs pour amortir l'impact des micro-météorites, et forment une épaisseur cumulée de 2 cm. Le radiateur dissipe la chaleur amenée par une centaine de tubes dans lesquels circulent de l'eau. Pour que radiateur joue son rôle lorsqu'il est frappé par le rayonnement thermique émanant de la surface de Mercure il est en partie recouvert de lamelles inclinées par rapport à la surface du radiateur. Celles-ci sont en titane avec un revêtement en argent et ont une forme incurvée conçue pour réfléchir le flux thermique de Mercure[30].

Instruments scientifiques[modifier | modifier le code]

Cette photo partielle des modules MPO et MMO (au-dessus), montre deux des capteurs de l'instrument SERENA situés sous la protrusion noire (antenne faible gain) : les détecteurs PICAM (cercle blanc) et MIPA (cône argenté).

Altimètre BELA[modifier | modifier le code]

BELA (BepicolomBo laser altimeter) est un altimètre laser utilisé pour dresser la topographie de Mercure en fournissant la hauteur et les coordonnées (dans un référentiel centré sur Mercure) d'un réseau de points situés à la surface. Ces informations permettront de créer un modèle de terrain numérique qui sera utilisé pour des études de géologie, de tectonique et pour estimer l'âge de la surface. BELA utilise une technique classique consistant à émettre un faisceau laser qui est réfléchi par la surface de Mercure et qui est analysé 5 millisecondes après son émission par un télescope faisant partie de l'instrument. Les données reçues sont optimisées pour une altitude du satellite de 1 050 km. Le faisceau laser est émis tous les 250 mètres sur la trace au sol. Celles-ci sont écartées de 25 km au niveau de l'équateur et beaucoup moins à des latitudes plus élevées. La distance entre les traces au sol seront inférieures à 6 km au niveau de l'équateur en fin de mission. BELA fournit également des informations sur la rugosité et l'albedo du terrain. L'instrument est fourni par l'Université de Berne et l'Institut für Planetenforschung de la DLR à Berlin[31].

Magnétomètre MPO-MAG[modifier | modifier le code]

Le magnétomètre MPO-MAG fait partie de la suite de magnétomètres MERMAG (Mercury magnetometer) qui comprend églement deux magnétomètres installés à bord de l'orbiteur MMO : MPO-MAG and MMO-MGF. MPO-MAG est comprend deux magnétomètres digitaux qui mesurent de manière détaillée le champ magnétique de Mercure. L'objectif est de comprendre l'origine de ce champ, son évolution et d'en déduire la structure interne de la planète. Les mesures sont effectuées avec une fréquence d'échantillonnage de 128 Hz qui peut être réduite sur commande jusqu'à 0,5 Hz. Les deux magnétomètres sont installés sur un mât à des distances différentes du corps de l'orbiteur pour déterminer l'influence des courants électriques et aimants présents. L'instrument est développé par la Technische Universität Braunschweig en Allemagne[32].

Accéléromètre ISA[modifier | modifier le code]

ISA (Italian Spring Accelerometer) est un accéléromètre tri dimensionnel qui mesure les forces s'exerçant sur la sonde spatiale générées par la pression de radiation du rayonnement solaire dans le visible et par du rayonnement infrarouge généré par Mercure. Les données recueillies sont combinées avec celles fournies par le viseur d'étoiles, la caméra et le répéteur embarqué pour déterminer la position et l'orientation précise de MPO par rapport à la Terre et des points de référence situés à la surface de Mercure. L'accéléromètre joue un rôle important dans l'expérience de radio-science MORE. L'instrument est développé par l'Institut d'astrophysique et de planétologie spatiale de Rome (IAPS) de Rome[33].

Expérience de radio-science MORE[modifier | modifier le code]

MORE (Mercury Orbiter Radio-science Experiment) est une expérience de radio science utilisée pour mesurer le champ gravitationnel de Mercure et ainsi déterminer la taille et l'état physique du noyau de la planète. Ces éléments en retour contribueront à la modélisation de la structure de Mercure et de tester les théories sur la gravité avec une précision inégalée. Il doit également permettre de mesurer le degré d'aplatissement du Soleil et de caractériser la précision du système de détermination de la position de la sonde spatiale. Ces objectifs résultent de l'exploitation de données fournies par MORE au niveau de la station terrestre mais également par des instruments embarqués (BELA, ISA et SIMBIO-SYS) ainsi que par le système de contrôle d'orientation de BepiColombo. L'instrument directement associé est un répéteur embarqué fonctionnant en bande Ka dont le signal est exploité par les stations au sol. Les données directement produites par MORE sont la distance avec la station avec une précision de 15 cm et l'accélération par rapport à celle-ci avec une précision d 1,5 microns par seconde (pour un temps d'intégration de 1000 secondes). L'expérience est développée par l' Université de Rome « La Sapienza » (Italie)[34].

Spectromètre imageur infrarouge MERTIS[modifier | modifier le code]

Le spectromètre imageur infrarouge MERTIS (mercury radiometer and thermal infrared spectrometer) fournit des données sur la composition géologique de la surface de Mercure. elle-ci est sans doute la plus ancienne parmi les planètes du système solaire. La connaissance de sa composition joue un rôle crucial dans le choix entre les différents scénarios relatifs aux processus à l’œuvre dans les régions internes du système solaire au début de sa formation. La radiance spectrale de la surface de Mercure côté jour est dominée, pour les longueurs d'ondes supérieures à 1,2 microns (à 725 K), par le rayonnement thermique qui l'emporte sur le rayonnement réfléchi du Soleil. La bande spectrale comprise entre 0,8 et 2,8 microns est une région de transition mais les flux thermiques l'emportent sur les flux réfléchis ce qui permet d'identifier les minéraux qui ont leurs principales raies d'émission dans cette partie du spectre. MERTIS utilise la technologie des micro bolomètres qui ne nécessitent pas de système de refroidissement. La bande spectrale couverte va de 7 à 14 µm pour le spectromètre et de 7 à 40 µm pour le radiomètre. Le champ de vue est de 4° et la fauchée de l'instrument est de 28°. La résolution spectrale de 90 nm peut être modifiée pour optimiser le rapport signal sur bruit par rapport aux minéraux présents dans la zone observés. Ce rapport qui par défaut est au moins égale à 1000 peut être poussé à 1000 si la surface est composé de grains fins et en partie vitreux. L'instrument doit permettre d'établir une carte minéralogique de 5 à 10 % de la surface de la planète avec une résolution spatiale de 500 mètres et une carte des températures avec une résolution spatiale de 28 km. L'instrument est développé par l'Université de Münster en Allemagne[35],[36].

Détecteur de particules SERENA[modifier | modifier le code]

SERENA (STart from a ROtating Field mass spectrOmeter) est un instrument mesurant in situ les particules neutres et ionisés présentes dans la région de l'espace entourant Mercure. Les données recueillies portent sur les couplages entre la magnétosphère, l'exosphère et la surface de la planète ainsi que les interactions entre les particules énergétiques, le vent solaire, les micro-météorites et le milieu interplanétaire. L'instrument, qui est fourni par l'IAPS (Rome), comprend 4 détecteurs complémentaires permettant de mesurer les particules neutres et ionisées[37] :

  • ELENA (Emitted Low-Energy Neutral Atoms) est un détecteur de particules neutres. L'instrument étudie les gaz neutres s'échappant de la surface de la planète en analysant leur dynamique et les processus à l'œuvre. L'instrument qui a un champ de vue de 4,5º x 76º et une résolution angulaire de 4,5º x 4,5º mesure l'énergie des particules lorsqu'elle est comprise entre 20 eV et 5 keV.
  • STROFIO (Emitted Low-Energy Neutral Atoms) est un spectromètre de masse qui détermine la composition des gaz présents dans l'exosphère. Il analyse les particules neutres dont l'énergie est inférieure à 1 eV. Son champ de vue est de 20° (dans la sens de déplacement du satellite), sa résolution massique est de 60 et sa résolution temporelle est de 10 secondes.
  • MIPA (Miniature Ion Precipitation Analyser) analyse les ions dans l'énergie est comprise entre 15 eV et 15 keV et qui sont précipités vers la surface de la planète. Le détecteur détermine leur masse (résolution massique de 5) et leur spectre énergétique (résolution spectrale de 7 %).
  • PICAM (Planetary Ion CAMera) est un spectromètre de masse qui effectue des mesures des ions issus de l'ensemble du ciel. L'instrument étudie la chaine de processus qui éjecte les particules du sol et les projette dans l'exosphère de Mercure.

Spectromètre imageur Symbio-SYS[modifier | modifier le code]

Le spectromètre imageur SYMBIO-SYS (Spectrometers and Imagers for MPO BepiColombo Integrated Observatory System) fournit des données sur la géologie de la surface de Mercure, son volcanisme, la tectonique, l'âge de la surface et la géophysique. L'instrument est développé conjointement par l'Osservatorio Astronomico di Padova, l'Université de Padoue et l'Agence spatiale italienne. Il regroupe en fait trois instruments[38]  :

  • STC (Stereo Channel) est une caméra disposant de deux optiques fournissant des images stéréo de la surface avec une résolution spatiale de 50 mètres par pixel. Le champ de vue est de 4° et les images sont prises dans 4 bandes de fréquence : panchromatique (650 nm), 550, 700 et 880 nm. Les images prises par STC sont utilisées pour dresser la topographie détaillée de la surface de Mercure.
  • HRIC (High spatial Resolution Imaging Channel) est une caméra à haute résolution destinée à prendre des images détaillées de cibles pré-sélectionnées. Le champ de vue est de 1,47°. Les images ont une résolution spatiale de 5 mètres par pixel au périgée. Elles sont prises dans les mêmes bandes de fréquence que l'instrument STC. A l'issue de la mission, plus de 10 % e la surface de la planète aura été photographié par HRIC.
  • VIHI (Visible Infrared Hyperspectral Imager Channel) est un spectromètre imageur travaillant dans le spectre visible et proche infrarouge (400 à 2000 nm). Sa résolution spectrale est de 6,25 nm et les images ont une résolution spatiale de 100 mètres au périgée de l'orbite (altitude de 400 km). L'objectif principal de cet instrument est de fournir une carte minéralogique avec une résolution minimale de 400 mètres et un niveau de confiance de 5-10 %.

Spectroscope ultraviolet PHEBUS[modifier | modifier le code]

PHEBUS (Probing of Hermean Exosphere By Ultraviolet Spectroscopy) est un spectroscope ultraviolet qui mesure le spectre du rayonnement émis dans l'exosphère en effectuant des observations au-dessus du limbe de Mercure. Il comprend une partie optique unique associée à deux ensembles réseau de diffraction/détecteurs couvrant chacun une partie du spectre ultraviolet. Le rayonnement incident passe à travers un déflecteur installé dans le radiateur et qui fait un angle de 10°. Le déflecteur peut tourner de 360° ce qui permet de modifier le pointage et d'observer une région de l'exosphère ou une altitude précise. Le spectroscope EUV couvre la bande 55-155 nm et peut observer les lignes de seconde ordre dans la bande 25-50 nm. Le deuxième spectroscope couvre la bande 145-315 nm ainsi que les longueurs d'ondes 404 et 422 nm. La résolution spectrale est de 1 nm. Les mesures effectuées ont pour objectif de mieux comprendre les couplages entre la surface, l'exosphère et la magnétosphère de Mercure. La composition et la structure verticale de l'exosphère seront fournies. L'instrument est développé par le laboratoire français LATMOS[39].

Spectromètre imageur rayons X MIXS[modifier | modifier le code]

MIXS (Mercury Imaging X-ray Spectrometer) est un spectromètre imageur travaillant dans l'ultraviolet. Il exploite le phénomène de fluorescence des rayons X : le rayonnement X de la couronne solaire excite les atomes de la couche superficielle à la surface de Mercure. Ce phénomène touche les couches électroniques K et L des atomes qui réémettent l'énergie sous forme de raies d'émission caractéristiques de l'élément chimique. En analysant la bande spectrale 0,5-7 keV on peut déterminer l'abondance des atomes légers composant les roches du magnésium au fer. La mesure est calibrée en utilisant le flux solaire incident à l'aide des données fournies par l'instrument SIXS. MIXS est composé de deux instruments. MIXS-T fournit des images à haute résolution avec un champ de vue de 1°. MIXS-C est un instrument grand angle (10°). Les données fournies par l'instrument MIXS répondent à trois objectifs scientifiques. Elles doivent permettre de cartographier l'abondance des principaux éléments chimiques rentrant dans la composition des roches de la surface de Mercure avec une précision comprise entre 5 et 50 % en fonction de leur pourcentage. Des cartes plus détaillées seront produites là ou les conditions d'éclairage le permettent. Enfin les mesures doivent confirmer que la zone aurorale, où les particules énergétiques interagissent avec la surface est une source intense de rayonnement X. L'instrument est fourni par l'Université de Leicester au Royaume-Uni[40].

Spectromètre rayons X et particules SIXS[modifier | modifier le code]

SIXS (solar intensity x-ray and particles spectrometer) est constitué de deux détecteurs qui mesurent in situ le spectre d'une part du rayonnement X dont l'énergie est comprise entre 1 et 20 keV d'autre part ds électrons dont l'énergie est comprise entre 0,33 et 30 MeV ainsi que des protons dont l'énergie est comprise entre 0,33 et 30 MeV. L'instrument permet de mesurer jusqu'à 20 000 particules/photons incidents par seconde. Son champ de vue est supérieur à 180°. L'objectif scientifique associé à l'instrument est de mesurer le flux de rayonnement issu du Soleil et réfléchi par la surface de Mercure. Il s'agit de mettre en évidence les variations en intensité qui atteignent plusieurs ordres de grandeur sur une échelle de temps comprises entre quelques secondes et quelques années et d'établir leur corrélation avec les changements de l'activité du Soleil. Pour exploiter les informations recueillies, l'analyse utilise également les données du spectromètre imageur MIXS. L'instrument est développé par l' Université d'Helsinki en Finlande[41].

Spectromètre à neutrons et rayons gamma lGNS[modifier | modifier le code]

lGNS (mercury gamma-ray and neutron spectrometer) est un spectromètre à neutrons et rayons gamma qui doit permettre d'une part de la composition en éléments de l'ensemble de la surface de Mercure par régions identifiables avec une précision de 0 à 30 % et une résolution spatiale de 400 km. Un objectif secondaire est de fournir la distribution des éléments volatiles qui se déposent dans les régions polaires de Mercure situées en permanence à l'ombre du Soleil et de fournir une carte de la densité de ces dépôts avec une précision de 0,1 g cm-2 g/cm2 et une résolution spatiale de 400 km. Ces mesures sont effectuées en analysant les neutrons générés par l'impact des rayons cosmiques sur la surface de Mercure en l'absence de protection que pourrait assurer un champ magnétique fort ou une atmosphère. Ceux-ci interagissent avec les couches superficielles (1-2 mètres) du sol et produisent des rayons gamma dans des raies spectrales caractéristiques de l'élément chimique auquel se rattache l'atome excité. Par ailleurs le potassium, le thorium et l'uranium présents dans le sol produisent de manière naturelle des rayons gamma. L'instrument analyse à la fois les rayons gamma et les neutrons émis par la surface. Il est composé de 5 détecteurs. MGRS (Mercury Gamma Ray Spectrometer) est un spectromètre gamma qui utilise un scintillateur au bromure de lanthane (LaBr3). MNS (Mercury neutron Spectrometer) est constitué de 4 détecteurs de neutrons utilisant des compteurs proportionnels à gaz à l'hélium 3 ³He. L'instrument est développé par l'IKI de Moscou[42].

Schéma du module MPO indiquant l'emplacement des capteurs des différents instruments scientifiques.
Les instruments scientifiques de MPO[43].
Instrument Type Caractéristiques Masse Consommation
électrique
Laboratoire principal
et secondaires
Responsable
instrument
BELA Altimètre laser Drapeau de la Suisse Université de Berne
Drapeau de l'Allemagne DLR Institut für Planetenforschung, Berlin
Nicolas Thomas Hauke
Hussmann
ISA Accéléromètre Drapeau de l'Italie IAPS (Rome) Valerio Iafolla
MPO-MAG Magnétomètre Drapeau de l'Allemagne Technische Universität Braunschweig Karl-Heinz Glassmeier
MERTIS Spectromètre imageur infrarouge Longueurs d'ondes 7-14 µm (spectromètre) et 7-40 µm (radiometre)
Résolution spectrale : 90 nm
Résolution spatiale : 500 m
Champ de vue : 4° (fauchée 28 km)
3,8 kg 13 Watts Drapeau de l'Allemagne Université de Münster Harald Hiesinger
MGNS Spectromètre à neutrons et rayons gamma Drapeau de la Russie IKI, Moscou Igor Mitrofanov
MIXS Spectromètre imageur rayons X Longueurs d'ondes : 0,5-7 keV
Champ de vue : 1° (MIXS-T) 10° (MIXS-C)
Drapeau du Royaume-Uni Université de Leicester Emma Bunce
MORE Transpondeur radio Drapeau de l'Italie Université de Rome « La Sapienza » Luciano Iess
PHEBUS Spectromètre ultraviolet lointain et extrême Longueurs d'ondes : 55-155 nm, 145-315 nm, 404nm et 422 nm
Résolution spectrale : 1 nm
Pointage : 1 degré de liberté
Drapeau de la France LATMOS Eric Quémerais
SERENA Spectromètre de masse ELENA : particules neutres 20 eV-5 keV ΔV/V >= 10%
STROFIO : particules neutres < 1eV, m/∆m = 60
MIPA: ions 15 eV - 15 keV, ∆e/e = 7 % et m/∆m = 5
PICAM : ions 1 eV -3 keV, ∆e/e = 7 % et m/∆m > 60
Drapeau de l'Italie IAPS (Rome) Stefano Orsini
SIMBIO-SYS Spectromètre imageur Caméra stéréo STC : résolution spatiale 50 m
Caméra haute définition : résolution spatiale 5 m
Spectromètre imageur VIHI : bande spectrale 400 à 2000 nm
résolution spatiale 100 m
Drapeau de l'Italie Osservatorio Astronomico di Padova Gabriele Cremonese
SIXS Spectromètre rayons X Drapeau de la Finlande Université d'Helsinki Juhani Huovelin

L'orbiteur magnétosphérique (MMO)[modifier | modifier le code]

L'orbiteur MMO à l'ESTEC pour des tests.

Plateforme[modifier | modifier le code]

L'orbiteur MMO (Mercury Magnetospheric Orbiter) est un satellite scientifique développé par l'agence spatiale japonaise JAXA dont l'objectif principal est l'étude de l'atmosphère et de la magnétosphère de la planète Mercure. D'une masse totale d'environ 275 kg dont 45 kg d'instrumentation, il se présente sous la forme d'un prisme octogonal haut de 0,9 mètre avec des faces opposées distantes de 1,8 mètre. La structure du satellite comporte deux ponts séparés d'un espace haut de 40 centimètres dans lequel sont logés les instruments. Cet espace est subdivisé par 4 cloisons et un cylindre central qui retransmet la poussée durant les phases propulsives. Le satellite est spinné (en rotation) à 15 tours par minute autour de son axe qui est maintenu perpendiculaire au plan orbital de Mercure autour du Soleil. Ce choix d'orientation garantit que les extrémités du satellite (le bas et le haut du prisme) ne sont jamais pointées vers le Soleil et permet de pointer l'antenne grand gain vers la Terre en la rendant orientable avec un seul degré de liberté. L'orientation est déterminée à l'aide d'un viseur d'étoiles fixé sous le satellite et deux capteurs de Soleils situés sur les flancs. Elle est modifiée à l'aide de propulseurs à gaz froid. Un système d'amortissement de nutation est installé dans le cylindre central. MMO circule sur une orbite polaire fortement elliptique de 11 640 km sur 590 km qu'il parcourt en un peu plus de 9 heures. La partie supérieure des parois de l'octogone est recouverte d'une mosaïque de cellules solaires (50 % de la surface) qui génèrent 350 watts et de miroirs (Optical Solar Reflector ou OSR) qui maintiennent la température dans une fourchette acceptable. L'antenne parabolique grand gain de 80 cm de diamètre transmet les données en bande X avec un débit moyen de 16 kilobits par seconde soit 40 mégaoctets par jour dans le cadre de sessions de télécommunications quotidiennes d'une durée de 6 heures. Le satellite dispose d'une mémoire de masse de 2 gigaoctets pour stocker les télémesures et les données scientifiques entre deux sessions radio. Le satellite dispose également d'une antenne moyen gain[44],[45].

Le pare soleil MOSIF[modifier | modifier le code]

Le module pare-soleil et interface MOSIF (Magnetospheric Orbiter Sunshield and Interface Structure) protège le MMO du soleil et joue le rôle d'interface entre le MMO et le MPO.

Instruments scientifiques[modifier | modifier le code]

MMO dispose de 5 instruments scientifiques représentant une masse de 45 kg :

Magnétomètres MMO/MGF[modifier | modifier le code]

MMO/MGF (Mercury Magnetometer / Magnetometer Fluxgate) comprend deux magnétomètres à saturation tri-axials : MGG-O (outboard) est un magnétomètre digital monté à l'extrémité du mat porte-instruments de 4,4 mètres identique à celui installé à bord de MPO. MGF-I (inboard) est un magnétomètre analogique monté sur le même mat à 1,6 mètres de l'extrémité. La présence de deux instruments permet d'isoler dans les mesures effectuées l'incidence des aimants et courants électriques présents dans le satellite. Les données collectées contribueront, intrinsèquement et par comparaison avec les données recueillies sur les magnétosphères de la Terre, de Jupiter et de Saturne, à l'amélioration de notre connaissance de la magnétosphère de Mercure. Les performances exigées pour les instruments sont élevées car la densité du vent solaire est 5 fois plus importante et l'intensité du champ magnétique interplanétaire est 10 fois plus élevée. Il en résulte que les processus se déroulent 30 fois plus rapidement dans la magnétosphère de Mercure. les mesures sont effectuées avec une fréquence d'échantillonnage de 128Hz et peut mesurer des champs de ±2000 nT avec une résolution de 3,8 pT. L'instrument complète le magnétomètre embarqué sur le satellite MPO en fournissant des données permettant de distinguer les fluctuations temporelles et les variations spatiales. L'instrument est fourni par l' Université de technologie de Chiba située au Japon[46].

Détecteur de particules et de plasma MPPE[modifier | modifier le code]

MPPE (Mercury Plasma/Particle Experiment) est un détecteur de plasma, de particules à haute énergie et d'atomes énergétiques neutres. Il comprend 7 détecteurs dont six effectuent des mesures in situ. Ces instruments sont pour les électrons deux capteurs Mercury Electron Analyzers (MEA1 et MEA2) montés à 90° l'un de l'autre et High Energy Particle instrument for electron (HEP-ele). Pour les ions, il s'agit des Mercury Ion Analyzer (MIA), Mercury mass Spectrum Analyzer (MSA) et High Energy Particle instrument for ion (HEP-ion). Enfin le capteur Energetic Neutrals Analyzer (ENA) détecte les particules énergétiques neutres produites par les échanges de charge électrique et fournit des informations sur la manières dont le plasma et les gaz neutres interagissent avec l'environnement de Mercure. L'instrument est fourni par l'Institut des sciences spatiales et astronautiques situé à Kanagawa au Japon[47].

Détecteur de poussière MDM[modifier | modifier le code]

MDM (Mercury Dust Monitor) est un détecteur de poussières qui doit collecter des informations sur leurs caractéristiques dans la région dans laquelle circule la planète Mercure c'est-à-dire à une distance du Soleil comprise entre 0,31 et 0,47 Unité Astronomique. L'instrument mesure l'énergie de l'impact, une direction approximative et la densité (en nombre). MDM comprend 4 détecteurs piézoélectriques en céramique de 40x40 mm qui permettent de mesurer les poussières arrivant pratiquement d'une hémisphère. 100 à 200 impacts par année terrestre sont anticipés. L'instrument est fourni par l'Austrian Space Science situé à Graz en Autriche[48].

Spectromètre MSASI[modifier | modifier le code]

MSASI (Mercury Sodium Atmospheric Spectral Imager) est un spectromètre qui doit mesurer l'intensité de la raie d'émission D2 du sodium (589nm ± 0,028nm) à la surface de Mercure qui présente une distribution non expliquée. L'instrument mesure sa distribution sur l'ensemble de la surface grace d'une part grâce à un miroir rotatif d'autre part du fait du mouvement de la sonde spatiale sur son orbite. L'instrument est interféromètre Fabry-Perot. MSASI est fourni par l' Université du Tōhoku située au Japon[49].

Détecteur d'ondes de plasma PWI[modifier | modifier le code]

PWI (plasma wave investigation) est constitué de deux détecteurs de champ électrique (MEFISTO et WPT) et de deux détecteurs de champs magnétiques (LF-SC et DB-SC) qui doivent mesurer la forme des ondes et la fréquence du champ électrique (jusqu'à 10 MHz) et du champ magnétique (de 0,1 Hz à 640 kHz). MEFISTO (Mercury Electric Field In-Situ Tool) et WPT (Wire-Probe anTenna) sont des antennes de 32 mètres longs qui sont déployées en orbite de part et d'autre du corps du satellite. LF-SC (Low-Frequency Search Coils) et DB-SC (Dual-Band Search Coil) sont composés de détecteurs placés sur le mat porte-instruments de 4,4 mètres utilisé par ailleurs par les magnétomètres MMO/MGF. L'instrument est fourni par l'Université de Tokyoau Japon[50].

Les instruments scientifiques de MMO[51].
Instruments Type Caractéristiques Masse Consommation
électrique
Laboratoire principal
et secondaires
Responsable
instrument
MMO/MGF Magnétomètre fréquence d'échantillonnage : 128Hz
résolution : 3,8 pT
Drapeau de l'Autriche Austrian Space Science, Graz Wolfgang Baumjohann
MPPE Ensemble instrumental destiné à l'étude des particules de haute et basse énergie (Mercury Plasma Particle Experiment) Drapeau du Japon Institut des sciences spatiales et astronautiques, Kanagawa Yoshifumi Saito
PWI Analyse de la structure et de la dynamique de la magnétosphère (Plasma Waves Instrument) Drapeau du Japon Université de Tokyo Ichiro Yoshikawa
MSASI Spectromètre en lumière visible travaillant dans le domaine spectral de la raie D2 d'émission du sodium (Mercury's Sodium Atmosphere Interferometer) Drapeau du Japon Université du Tōhoku Yasumasa Kasaba
MDM Mesure de la poussière interplanétaire (Mercury Dust Monitor) Drapeau du Japon Université de technologie de Chiba Masanori Kobayashi

Notes et références[modifier | modifier le code]

Notes[modifier | modifier le code]

  1. Se placer sur une orbite proche le Soleil nécessite tout autant d'énergie que s'en éloigner. Le lanceur doit dissiper l'énergie potentielle gravitationnelle de l'engin spatial plus forte au niveau de l'orbite terrestre qu'au niveau des orbites plus proches du Soleil.
  2. Le programme Discovery rassemble des missions d'exploration du système solaire à bas cout. Le budget de MESSENGER est estimé à 286 millions de dollars

Références[modifier | modifier le code]

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  2. (en) « APL's Messenger kit press - first flyby », sur Université Johns Hopkins - site MESSENGER, [PDF]
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  4. a et b Robotic exploration of the solar system - Part 4 : the Modern Era 2004-2013 (Ulivi 2014), p. 388
  5. (en) « Preparing for Mercury: BepiColombo stack completes testing », Agence spatiale européenne, nil
  6. (en) « Let's go! ESA's Future Science missions get full approval », sur ESA Science et Technologie, Agence spatiale européenne,
  7. a et b Robotic exploration of the solar system - Part 4 : the Modern Era 2004-2013 (Ulivi 2014), p. 389
  8. Robotic exploration of the solar system - Part 4 : the Modern Era 2004-2013 (Ulivi 2014), p. 390
  9. Robotic exploration of the solar system - Part 4 : the Modern Era 2004-2013 (Ulivi 2014), p. 391
  10. Robotic exploration of the solar system - Part 4 : the Modern Era 2004-2013 (Ulivi 2014), p. 393-394
  11. (en) « #01: Structural and Thermal Model of the Mercury Planetary Orbiter arrives at ESTEC », sur ESA Science et Technologie, Agence spatiale européenne,
  12. (en) « #03: Mercury Planetary Orbiter takes a simulated trip to the innermost planet », sur ESA Science et Technologie, Agence spatiale européenne,
  13. (en) « #04: Structural model of the BepiColombo Mercury Magnetospheric Orbiter at ESTEC », sur ESA Science et Technologie, Agence spatiale européenne,
  14. (en) « #07: BepiColombo Composite Spacecraft Mass Properties Measurements », sur ESA Science et Technologie, Agence spatiale européenne,
  15. (en) « #13: BepiColombo integration and functional testing completed at Thales Alenia Space in Turin », sur ESA Science et Technologie, Agence spatiale européenne,
  16. (en) « #14: BepiColombo's Mercury Magnetospheric Orbiter has arrived at ESTEC », sur ESA Science et Technologie, Agence spatiale européenne,
  17. (en) « PR 40-1999: ESA's Mercury Mission Named BepiColombo in Honour of a Space Pioneer », Agence spatiale européenne,
  18. (en) « Preparing for Mercury: BepiColombo stack completes testing », Agence spatiale européenne, nil
  19. BepiColombo Mission (van Casteren 2011), p. 3-4
  20. a et b (en) « BepiColombo », sur eoPortal, Agence spatiale européenne (consulté le 9 juillet 2017)
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  24. (en) Roger Wilson et Markus Schelkle, « The BepiColombo Spacecraft, its Mission to Mercury and its Thermal verification », Airbus Defense and Space,
  25. =BepiColombo Mission (vanCasteren 2011), p. 8
  26. (en) R. A. Lewis, J. Pérez Luna, N. Coombs et F. Guarducci (4-10 juin 2015) « Qualification of the T6 Thruster for BepiColombo » (pdf) in 30th International Symposium on Space Technology and Science 34th International Electric Propulsion Conference and 6th Nano-satellite Symposium. : 10. 
  27. =BepiColombo Mission (vanCasteren 2011), p. 4
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Bibliographie[modifier | modifier le code]

Voir aussi[modifier | modifier le code]

Articles connexes[modifier | modifier le code]

  • MESSENGER Mission de la NASA vers Mercure en orbite depuis mars 2011
  • Mercure
  • Mariner 10 La seule mission spatiale ayant étudié Mercure jusqu'en 2008

Liens externes[modifier | modifier le code]

Sites officiels