OSIRIS-REx

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OSIRIS-REx
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Vue d'artiste

Caractéristiques
Organisation NASA
Domaine Mission de retour d'échantillon d'astéroïde.
Statut développement
Masse 1529 kg
Lancement septembre 2016
Lanceur Atlas V 411
Fin de mission septembre 2023
Satellite de Bennu
Programme New Frontiers
Site Site officiel
Principaux instruments
OCAMS Caméras
OLA Altimètre laser
OVIRS Spectromètre visible et Infrarouge
REXIS Spectromètre à Rayons X

OSIRIS-REx (Origins-Spectral Interpretation-Resource Identification-Security-Regolith Explorer) est une mission de la NASA (l'agence spatiale américaine) dont le lancement est planifié en septembre 2016. La sonde spatiale doit d'étudier l'astéroïde (101955) Bennu astéroïde Apollon géocroiseur et ramener un échantillon de son sol pour permettre son analyse sur Terre. La sonde spatiale doit également recueillir sur place avec ses instruments (caméras, spectromètre, altimètre) des données qui permettront d'améliorer nos connaissances sur le processus de formation du système solaire. La mission OSIRIS-REx a été sélectionnée en mai 2011 : c'est la troisième mission du programme New Frontiers de la NASA qui regroupe des missions interplanétaires de classe moyenne dont le coût hors lancement est plafonné à 800 millions de dollars. La sonde spatiale doit se placer en orbite autour de l'astéroïde en septembre 2017 et ramener l'échantillon sur Terre en septembre 2023.

Objectifs[modifier | modifier le code]

Les astéroïdes sont les témoins de la période initiale de formation du Système solaire à partir du nuage de gaz originel. Leur composition fournit des informations sur celui-ci ainsi que des indications sur le processus de formation du système solaire. OSIRIS-REx a pour objectifs de[1] :

  • ramener sur Terre un échantillon de régolite d'un astéroïde pour en étudier la nature, la genèse et déterminer ses composants minéraux et organiques ;
  • établir une carte des caractéristiques générales, chimiques et minéralogiques d'un astéroïde primitif pour reconstituer son histoire géologique et son évolution ainsi que pour fournir le contexte des échantillons
  • caractériser la texture, la morphologie, les composants et les propriétés spectrales du régolite du site sur lequel l'échantillon est prélevé avec une résolution inférieure au millimètre.

L'astéroïde Bennu[modifier | modifier le code]

L'astéroïde (101955) Bennu (anciennement dénommé 1999 RQ36) découvert en 1999 a un diamètre d'environ 575 mètres et décrit une orbite de 1,2 ans autour du Soleil. Il s'agit d'un astéroïde Apollon (géocroiseur), c'est-à-dire coupant l'orbite de la Terre. Selon les données disponibles il y a une probabilité d'un sur 1800 que 1999 RQ36 percute notre planète en 2182. Un des objectifs de la mission est d’étudier l'effet Yarkovsky qui modifie la trajectoire des astéroïdes de moins de 20 km de diamètre afin de mieux estimer les risques de collision. Cette force résulte de la faible poussée exercée par la restitution sous forme de rayonnement infrarouge de l'énergie solaire absorbée[2].

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

La sonde spatiale a la forme d'un cube de 2 mètres de côté. L'énergie est fournie par des panneaux solaires dont la surface utile est de 8,5 m2. Le système de propulsion brule de l'hydrazine. Pour contrôler son orientation la sonde dispose de 4 roues de réaction, de viseurs d'étoiles, de capteurs de Soleil et d'une centrale à inertie[3].

Instruments scientifiques[modifier | modifier le code]

La sonde spatiale emporte cinq instruments ou ensembles d'instruments :

Caméras OCAMS[modifier | modifier le code]

L'ensemble OCAMS (OSIRIS-REx Camera Suite) est constitué de trois caméras qui doivent cartographier l'astéroïde, réaliser des photos à haute résolution, documenter le site retenu pour le prélèvement et filmer celui-ci. Ces caméras sont[4]. :

  • PolyCam dispose d'un téléobjectif de 200 mm permettant d'effectuer des photos à grande distance mais également à faible distance avec une bonne résolution ;
  • MapCam est chargée de rechercher d'éventuels satellites de l'astéroïde ainsi que des phénomènes de dégazage ; elle cartographie l'astéroïde avec une résolution de 1 mètre en quatre couleurs, documente les caractéristiques morphologiques de celui-ci et effectue des photos à haute résolution du site retenu pour le prélèvement ; elle fournit des images détaillées (téléobjectif) pour la navigation ;
  • SamCam fournit des images grand angle pour la navigation, filme les site sur lequel les prélèvements sont effectués ainsi que le déroulement des prélèvements.

Altimètre laser OLA[modifier | modifier le code]

L'altimètre laser (OLA) développé en coopération avec l'Agence spatiale canadienne doit fournir des données détaillées sur la topographie de l'astéroïde avec une précision inégalée[5].

Spectromètre infrarouge OVIRS[modifier | modifier le code]

Le spectromètre OVIRS (OSIRIS-REx Visible and IR Spectrometer) fonctionne en lumière visible et infrarouge (0.4 - 4.3 μm) et est chargé d'établir une carte spectrale générale des minéraux et des molécules organiques et une carte plus précise des sites étudiés pour le prélèvement d'échantillon. Il peut réaliser des spectres ponctuels ou de zones entières avec une résolution de 20 mètres pour l'ensemble de l'astéroïde et de 8 cm à 2 mètres pour un site susceptible d'être échantillonné[6].

Spectromètre d'émission thermique OTES[modifier | modifier le code]

Le spectromètre infrarouge OTES (OSIRIS-REx Thermal Emission Spectrometer) qui fonctionne dans les longueurs d'ondes (4 - 50 μm) doit dresser des cartes spectrales locales et globales permettant de déterminer l'abondance en silicates, carbonates, sulfates, phosphates, oxydes et hydroxydes. Il permet également de mesurer l'émission thermique globale de l'astéroïde[7].

Spectromètre imageur à rayons X REXIS[modifier | modifier le code]

Le spectromètre imageur à rayons X REXIS (Regolith X-ray Imaging Spectrometer) est chargé de déterminer l'abondance en éléments chimiques grâce à l'analyse des rayons X mous (0.3-7.5 KeV) générés par la surface bombardée par le vent solaire et les rayons X produits par le Soleil. La résolution qui atteint 21 minutes d'arc (4,3 mètres à 700 mètres de distance) est obtenue par un système à masque codé[8]

Diagramme de la sonde spatiale OSIRIS-REx : A capsule échantillon SRC ; B système de prélèvement TAGSAM ; C Structure dérivée de celle de MRO ; D Panneaux solaire de 8,5 m2 ; E antenne grand gain de 2 mètres de diamètre ; f Moteurs-fusées de 200 N. de poussée ; g viseurs d'étoiles ; h antenne moyen gain ; i articulation des panneaux solaires avec deux degrés de liberté ; j antenne faible gain ; k réservoir d'hélium ; 1 Lidar ; 2 altimètre OLA ; 3 caméras OCAMS ; 4 spectromètre OTES ; 5 spectromètre infrarouge OVIRS.

Le système de prélèvement TAGSAM[modifier | modifier le code]

Le système de prélèvement TAGSAM (Touch-And-Go Sample Acquisition Mechanism) utilise un bras articulé hérité de la mission Stardust . Long de 3,2 mètres en position étendue, il comporte à son extrémité un système de prélèvement constitué d'un disque perforé. Pour effectuer le prélèvement la sonde s'approche à la verticale du site retenu à faible vitesse (0,1 m/s) avec une précision de 25 mètres. La caméra grande vitesse (1 Hz) OCAMS documente le prélèvement. Celui-ci s'effectue en 5 secondes à compter du contact du système de prélèvement avec le sol. Une bouffée d'azote est expulsée par des trous perforés sur le pourtour du disque pour soulever le régolithe. La partie en contact avec le sol prélève alors un échantillon du sol qui est stockée dans une capsule dérivée dont la conception dérive de celle de Stardust. Le système de prélèvement dispose de réserves d'azote lui permettant de faire 3 tentatives[9].

Historique du projet[modifier | modifier le code]

Logo de la mission

OSIRIS est proposé pour la première fois en 2004 dans le cadre de l'appel à candidature pour la 11e mission du programme Discovery en 2004. Il atteint la phase A dans l'appel à candidature de la 12e mission du même programme. En décembre 2009 OSIRIS-REx fait partie des trois propositions de missions d'exploration du système solaire pré-sélectionnées par la NASA dans le cadre du programme New Frontiers[10]. Les deux autres missions sont SAGE (Surface and Atmosphere Geochemical Explorer) et MoonRise, respectivement une mission d'atterrisseur sur Vénus et une sonde chargée de ramener des échantillons du pôle sud de la Lune[11]. En janvier 2010 les missions SAGE et OSIRIS-REx franchissent la deuxième étape de la sélection[12]. Le 25 mai 2011 la NASA annonce la sélection d'ORISIS-REx avec une date de lancement prévisionnelle en 2016[13].

La mission d'un coût de 800 millions de dollars, en n'incluant pas le coût du lancement, est proposée et conçue par le Laboratoire lunaire et planétaire de l'Université de l'Arizona sous la responsabilité de son directeur Michael Drake. Le centre spatial Goddard de la NASA pilote le projet. La société Lockheed est chargée de construire la sonde spatiale[2].

Déroulement de la mission[modifier | modifier le code]

Lancement (septembre 2016)[modifier | modifier le code]

La sonde spatiale OSIRIS-REx est lancée en 2016 vers l'astéroïde Bennu par une fusée Atlas V 411 (version du lanceur comportant un seul propulseur d'appoint) tirée depuis la base de Cape Canaveral en Floride. La fenêtre de lancement, qui dure 30 minutes chaque jour, s'ouvre le 3 septembre et se referme 36 jours plus tard. L'énergie caractéristique (C3) au lancement est fixée à 29,3 km2⋅/s2 pour une capacité de lancement de 1 955 kg. Le lanceur place la sonde spatiale sur une orbite héliocentrique avec une vitesse d'échappement hyperbolique de 5,4 km/s. Une fois dans l'espace, la sonde spatiale utilise sa propulsion pour effectuer une série de petites corrections de trajectoire avec un changement de vitesse cumulé de 0,52 km/s[13],[14].

Transit vers Bennu (septembre 2016-septembre 2017)[modifier | modifier le code]

OSIRIS-REx boucle une orbite autour du Soleil avant de revenir survoler la Terre le 22 septembre 2017. La sonde spatiale passe à proximité de la Terre et effectue une manœuvre d'assistance gravitationnelle qui lui permet de modifier l'inclinaison de son orbite de manière à la faire coïncider avec celle de Bennu. La phase d'approche de Bennu débute en aout 2018 alors que la sonde spatiale se trouve encore à 2 millions de km de son objectif. La sonde spatiale utilise sa propulsion pour faire coïncider sa trajectoire avec celle de Bennu. Elle abaisse sa vitesse de 0,53 km/s de manière à ce que sa vitesse relative par rapport à Bennu ne soit plus que de 20 cm/s[13],[14].

Étude de l'astéroïde (septembre 2017-octobre 2018)[modifier | modifier le code]

OSIRIS-REx commence l'étude de l'astéroïde en octobre 2018. Celle-ci dure un an et comprend quatre phases[13],[14] :

  • L'étude préliminaire durant laquelle les instruments de la sonde spatiale recherche des dégagements gazeux, des satellites naturels et mesure l'effet Yarkovsky.
  • Après s'être placé sur une première orbite (Orbital A) l'équipe chargée de la trajectoire de la sonde passe d'une navigation basée sur le relevé des étoiles à une navigation reposant sur l'exploitation des images de la surface de Bennu.
  • Durant la phase d'étude détaillée, plusieurs instruments sont utilisés de manière simultanée pour cartographier Bennu et déterminer ses caractéristiques spectrales, thermiques et géologiques.
  • Sur une orbite plus rapprochée (Orbital B), les instruments de la sonde spatiale effectuent une cartographie plus détaillée qui permet d'identifier des sites potentiels pour le prélèvement d'échantillon du sol.

Prélèvement de l'échantillon de sol (fin 2019)[modifier | modifier le code]

À l'issue de la phase d'étude le site du prélèvement a été sélectionné par l'équipe au sol. Fin 2019 OSIRIS-REx modifie sa vitesse de 20 cm/s pour atterrir dans la zone sélectionnée. La sonde spatiale arrive à la surface de l'astéroïde avec une vitesse résiduelle de 10 cm/s (0,36 km/h). A faible distance du sol, la sonde étend le bras robotisé au bout duquel se trouve le système de prélèvement TAGSAM. Celui-ci reste en contact avec le sol durant 5 secondes. Il expulse un jet de gaz (azote) qui soulève des parcelles de sol et des roches. Ces échantillons de sol sont en partie récupérés par le système de prélèvement. TAGSAM permet d'effectuer trois tentatives de prélèvement et a pour objectif de recueillir une masse comprise entre 60 grammes et 2 kg. Après que la masse de l'échantillon ait été mesurée, celui-ci est stocké dans une capsule analogue à celle de la sonde spatiale Stardust. OSIRIS-REx poursuit son séjour près de l'astéroïde durant 2 années supplémentaires jusqu'à ce que sa trajectoire lui permette d'effectuer les manœuvres permettant un retour direct vers la Terre[13],[14].

Retour sur Terre (mars 2021-septembre 2023)[modifier | modifier le code]

En mars 2021 OSIRIS-REx quitte le voisinage de l'astéroïde. Il modifie sa vitesse de 0,32 km/s à l'aide de sa propulsion pour se placer sur une trajectoire balistique (sans recours supplémentaire à la propulsion) permettant un rendez-vous avec la Terre en septembre 2023. Quatre heures avant d'atteindre la planète, la capsule contenant l'échantillon est larguée. La sonde spatiale effectue ensuite une manœuvre (changement de vitesse de 17,5 m/s) qui lui permet d'éviter la Terre et de se placer sur une orbite héliocentrique (autour du Soleil) stable. La capsule contenant l'échantillon pénètre dans l'atmosphère terrestre à une vitesse de 12,4 km/s. La capsule est freinée dans les couches supérieures de atmosphère : 99% son énergie cinétique est dissipée sous la forme d'chaleur portant son bouclier thermique à des températures atteignant plusieurs milliers de degré. À environ 3 km du sol, un parachute est déployé et la capsule effectue un atterrissage en douceur dans le désert de l'Utah le 24 septembre 2023 soit 7 ans après son lancement. L'échantillon du sol de Bennu est transporté dans un laboratoire équipé d'instruments permettant d'analyser leur composition chimique[13],[14].

Notes et références[modifier | modifier le code]

Notes[modifier | modifier le code]

Références[modifier | modifier le code]

  1. (en) « Objectives », sur OSIRIS-REx, Université d'Arizona (consulté le 12 janvier 2014)
  2. a et b (en) « NASA selects University of Arizona to lead sample return mission to asteroid », Université de l'Arizona,‎
  3. (en) « OSIRIS-REX spacecraft », NASA/Université de l'Arizona (consulté le 16 février 2013)
  4. (en) « OSIRIS-REX OCAMS », NASA/Université de l'Arizona (consulté le 16 février 2013)
  5. (en) « OSIRIS-REX OLA », NASA/Université de l'Arizona (consulté le 16 février 2013)
  6. (en) « OSIRIS-REX OVIRS », NASA/Université de l'Arizona (consulté le 16 février 2013)
  7. (en) « OSIRIS-REX OTES », NASA/Université de l'Arizona (consulté le 16 février 2013)
  8. (en) « OSIRIS-REX REXIS », NASA/Université de l'Arizona (consulté le 16 février 2013)
  9. (en) « OSIRIS-REX TAGSAM », NASA/Université de l'Arizona (consulté le 16 février 2013)
  10. (en) Dante Lauretta, « OSIRIS Regolith Explorer »,‎
  11. (en) « Three Finalists Chosen as Next New Frontiers Mission Candidates », NASA,‎
  12. (en) « Two of Three Finalists Chosen as Next New Frontiers Mission Candidates Feature Role for Goddard Space Flight Center », NASA,‎
  13. a, b, c, d, e et f (en) « NASA to Launch New Science Mission to Asteroid in 2016 », NASA/JPL,‎
  14. a, b, c, d et e (en) « Mission timeline », LPL (consulté le 19 décembre 2015)

Bibliographie[modifier | modifier le code]

Articles scientifiques
  • (en) Branden Allen et al., « The REgolith X-Ray Imaging Spectrometer (REXIS) for OSIRIS-REx : Identifying Regional Elemental Enrichment on Asteroids », x,‎ , p. 1-17 (lire en ligne)
  • (en) Branden Allen et al., « THE OSIRIS - REX CAMERA SUITE (OCAMS) », 44 th Lunar and Planetary Science Conference,‎ , p. 1-2 (lire en ligne)
  • (en) Paolo Ulivi et David M. Harland, Robotic exploration of the solar system : Part 4 : the Modern Era 2004-2013, Springer Praxis, , 567 p. (ISBN 978-1-4614-4811-2)


Voir aussi[modifier | modifier le code]

Articles connexes[modifier | modifier le code]

Liens externes[modifier | modifier le code]