Psyché (sonde spatiale)

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Description de cette image, également commentée ci-après
Vue d'artiste.
Données générales
Organisation Drapeau : États-Unis NASA
Constructeur Drapeau : États-Unis Space Systems/Loral
Programme Discovery
Domaine Étude astéroïde
Type de mission Orbiteur
Statut En développement
Insertion en orbite 2026 (16) Psyché
Identifiant COSPAR [1]
Site [2]
Principaux jalons
Lancement vers 2022
Assistance gravitationnelle de Mars mai 2023
Arrivée à Psyché Janvier 2026
Fin de mission Octobre 2027
Caractéristiques techniques
Masse au lancement 2800 kg
Plateforme SSL 1300
Propulsion Moteur ionique
Source d'énergie Panneaux solaires
Puissance électrique 20 kW (orbite terrestre)
Orbite
Orbite Polaire
Principaux instruments
x Caméra multispectrale
x Spectromètre gamma
x Magnétomètre
DSOC Télécommunication optique

Psyché est la quatorzième mission spatiale du programme Discovery de la NASA. L'objectif de cette sonde spatiale de type orbiteur est de collecter des données sur le processus de la formation des noyaux planétaires. Pour y parvenir, elle doit étudier l'astéroïde métallique (16) Psyché qui est sans doute le noyau ferreux d'une ancienne protoplanète, vestige d'une violente collision avec un autre objet qui aurait arraché ses couches externes. Le projet a été sélectionné en janvier 2017 et la sonde spatiale devrait être lancée en été 2022. Elle se placera en orbite autour de Psyché en 2026.

L'astéroïde Psyché[modifier | modifier le code]

Article détaillé : (16) Psyché.

L'astéroïde (16) Psyché est le plus massif des astéroïdes de type M. C'est également l'astéroïde le plus volumineux de la famille de Thémis connu à ce jour[1]. Les données disponibles indiquent que l'astéroïde a un diamètre d'environ 252 km[2]. Les observations radar de l'astéroïde réalisées depuis la Terre montrent qu'il est sans doute composé d'un alliage de fer et de nickel : son albédo est de 0,42, son inertie thermique est d'environ 120 J m−2 s−1/2 K−1 et sa densité est comprise entre 3 300 ± 700 kg m−3 et 6 580 ± 700 kg m−3[3].

Contexte : sélection des 13e et 14e missions du programme Discovery[modifier | modifier le code]

Un modèle 3D de (16) Psyché basé sur les données des variations de luminosité.

L'appel à propositions de la treizième mission spatiale du programme Discovery, tourné vers des missions scientifiques à petit budget, est lancée par la NASA en février 2014. Il est dès le départ prévu que cette sélection puisse aboutir à la sélection de deux missions (13e et 14e) si des projets répondant aux critères de qualité sont identifiés. Pour cette mission, plusieurs conditions financières ont été précisées par l'agence spatiale américaine[4],[5],[6] :

  • un tiers du cout de la mission peut être pris en charge par un partenaire international sans être inclus dans le plafond du budget fixé à 450 millions de dollars ;
  • la NASA apportera un bonus de 30 millions de dollars aux propositions qui retiendront le système de communications optique laser testé par la sonde lunaire LADEE.

La sélection se fait en trois étapes : la première sélection est suivie d'un deuxième tour à l'issue duquel seulement deux finalistes sont retenus pour une étude plus approfondie[7]. Psyché est une des cinq propositions de mission retenues par la NASA le parmi lesquelles sera sélectionnée la 13e mission du programme Discovery[8].

Finalement, la mission est retenue au terme de la compétition début janvier 2017 en même temps que Lucy. La mission doit être lancée en 2022 tandis que Lucy le sera en 2021[9]. Linda Elkins-Tanton de l'Université d'État de l'Arizona, à Tempe, en Arizona, est la responsable scientifique de la mission. Le Jet Propulsion Laboratory de la NASA assure la gestion du projet.

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

La sonde spatiale Psyché utilise une plateforme commerciale utilisée à plus de 100 reprises par le constructeur de la sonde spatiale Space Systems/Loral pour ses satellites de télécommunications géostationnaires. La version de la plateforme SSL 1300 mise en œuvre est tout électrique et utilise des propulseurs à effet Hall SPT-140 du constructeur qui éjecte du xénon. Pour remplir sa mission la sonde spatiale embarque environ 900 kg de xénon ce qui lui permet pour un lancement en 2022 de disposer d'une masse de 1 965 kg lorsqu'il atteint son objectif. Pour faire fonctionner sa propulsion, la sonde spatiale dispose de panneaux solaires qui fournissent environ 20 kW au niveau de l'orbite terrestre[10],[11].

La charge utile comprend trois instruments[12] :

  • une caméra multispectrale dérivant de la caméra Mastcam du rover Curiosity. Celle-ci sera utilisée pour étudier la géologie de la surface, sa composition et la topographie ;
  • un magnétomètre dérivant de celui installé sur l'atterrisseur martien InSight utilisé pour mesurer le champ magnétique de Psyché ;
  • un spectromètre à rayons gamma et neutrons dérivé de celui embarqué à bord de MESSENGER. Ces instrument permettra de déterminer les éléments chimiques présents à la surface (notamment fer, nickel, silicium et potassium) et mettre en évidence les hétérogénéités .

L'utilisation de signaux radio permettra de déterminer la structure interne. La sonde spatiale emporte également à titre expérimental un système de télécommunication optique DSOC[10],[12].

Vue d'artiste de Psyché en orbite autour de l'astéroïde éponyme.

Déroulement de la mission[modifier | modifier le code]

Psyché devrait être lancée en aout 2022. Il utilise ses propulseurs ioniques pour s'éloigner de l'orbite terrestre. En mai 2023 il survole la planète Mars et utilise l'assistance gravitationnelle de la planète pour accroitre sa vitesse et faire en sorte que sa trajectoire rejoigne l'orbite de Psyché. En janvier 2026 débute la phase d'approche qui s'achète 100 jours plus tard lorsqu'il rejoint l’astéroïde. Durant cette phase il détermine l'axe et la vitesse de rotation de l'astéroïde. Il se place en orbite autour de l'astéroïde et entame la phase d'étude scientifique qui doit durer 21 mois. Pour optimiser les mesures effectuées, la sonde spatiale se place successivement sur 4 orbites différentes. En allant de la plus éloignée à la plus proche de la surface il s'agit de l'orbite servant à mesurer les caractéristiques générales de l'astéroïde, (56 jours et 41 orbites), de l'orbite destinée à effectuer un relevé topographique de la surface (76 jours, 162 orbites), d'une orbite destinée à mesurer le champ de gravité (100 jours, 369 orbites) et de l'orbite destinée à cartographier la répartition des éléments chimiques en surface (100 jours 585 orbites)[13].

Objectifs[modifier | modifier le code]

Figures de Widmanstätten que l'on pourrait trouver à l'intérieur du noyau des astéroïdes métalliques. Quelques météorites de fer trouvées sur Terre pourraient provenir de (16) Psyché[1].

La différenciation planétaire est le processus par lequel l'intérieur d'un corps massif (planètes, certains gros astéroïdes, certains satellites…) se structure en couches de différentes densités. La couche la plus profonde est constituée généralement par un noyau de fer et de nickel. La différenciation est un processus fondamental à l'origine de la création de nombreux astéroïdes et planètes terrestres. L'exploration directe d'un noyau pourrait ainsi améliorer grandement la compréhension de ce processus. La mission permettra d'étudier la géologie de (16) Psyché, sa forme, sa composition élémentaire, son champ magnétique et la distribution de sa masse. Cette mission permettra d'améliorer la compréhension qu'ont les scientifiques de la formation des planètes et de leurs couches géologiques internes.

Les questions scientifiques abordées par cette mission sont[14] ː

  • l'astéroïde (16) Psyché est-il le noyau apparent d'un planétésimal différencié, ou s'agit il dès l'origine d'un corps riche en fer ? Les planétésimaux qui se sont formés près du Soleil ont-ils une composition vraiment différente des autres astéroïdes ?
  • si le manteau externe de (16) Psyché a été arraché au cours d'une collision, quand et comment cela s'est-il produit ?
  • si (16) Psyché a fondu au cours de son histoire : s'est-il solidifié depuis l'intérieur ou depuis l'extérieur ?
  • (16) Psyché a-t-il produit un effet dynamo quand il s'est refroidi ?
  • quels sont les principaux alliages métalliques qui coexistent dans le noyau de fer de l'astéroïde ?
  • quelles sont les principales caractéristiques de la surface et de la topographie de l'astéroïde ? (16) Psyché doit-il être considéré comme radicalement différent des astéroïdes rocheux et des corps composés de glace ?
  • comment les cratères produits sur un corps métallique se différencient-ils de ceux observés dans des corps constitués de roche ou de glace ?

Références[modifier | modifier le code]

  1. a et b 33th Largest Asteroid, 16 Psyche
  2. (en) « JPL Small-Body Database Browser: 16 Psyche » (consulté le 1er octobre 2015)
  3. Elkins-Tanton 2015, p. 1
  4. (en) « NASA Discovery Program Draft Announcement of Opportunity », SpaceRef,
  5. (en) Stephen Clark, « NASA receives proposals for new planetary science mission », Spaceflightnow,
  6. (en) Van Kane, « PDiscovery Finalists », The Planetary Society,
  7. (en) Van Kane, « Proposals to Explore the Solar System’s Smallest Worlds », The Planetary Society,
  8. Brown Dwayne C. et Laurie Cantillo, « NASA Selects Investigations for Future Key Planetary Mission », sur NASA News,
  9. (en) « NASA Moves Up Launch of Psyche Mission to a Metal Asteroid », sur jpl.nasa.gov, NASA - JPL, (consulté le 30 mai 2017)
  10. a et b Kane Van, « Mission to a Metallic World: A Discovery Proposal to Fly to the Asteroid Psyche », sur The Planetary Society,
  11. Development of the Psyche Mission for NASA’s Discovery Program, p. 5-6
  12. a et b Development of the Psyche Mission for NASA’s Discovery Program, p. 3-4
  13. (en) « The Timeline », sur Site officiel de Psyché (consulté le 8 avril 2018)
  14. Elkins-Tanton 2015, p. 2

Voir aussi[modifier | modifier le code]

Bibliographie[modifier | modifier le code]

Articles connexes[modifier | modifier le code]

Les autres demi-finalistes de la 13e sélection du programme Discovery

Liens externes[modifier | modifier le code]