D'un communiqué de presse du Goddard Space Flight Center:
Ils sont presque arrivés.
Il a fallu un an et demi, plus de 90 manœuvres en orbite et - à merveille - de nombreux boosters gravitationnels et seulement le plus petit carburant pour déplacer deux vaisseaux spatiaux de leur orbite autour de la Terre vers leur nouvelle maison autour de la Lune.
Au cours de leurs voyages, le vaisseau spatial a traversé des orbites jamais tentées auparavant et a fait de jolis sauts de curlicue d'une orbite à l'autre. Cet été, les deux vaisseaux spatiaux ARTEMIS - qui ont commencé leur vie dans le cadre de la mission à cinq vaisseaux THEMIS étudiant les aurores de la Terre - commenceront plutôt à orbiter autour de la lune. THEMIS est un acronyme pour l'histoire du temps des événements et l'interaction à l'échelle macro pendant les vaisseaux spatiaux Substorms.
Même avec des décennies d'expérience de la NASA en mécanique orbitale, ce voyage n'a pas été une mince affaire. Le voyage a nécessité plusieurs manœuvres jamais tentées auparavant, y compris plusieurs mois lorsque chaque engin s'est déplacé sur un chemin en forme de rein de chaque côté de la lune, eh bien, rien qu'un point gravitationnel dans l'espace marqué par aucune planète ou objet physique.
"Personne n'a jamais essayé cette orbite auparavant, c'est une orbite de libération Terre-Lune", explique David Folta, ingénieur en dynamique de vol au Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt, Md. "C'est une orbite très instable qui nécessite une attention quotidienne et des ajustements constants . "
Le voyage pour ARTEMIS - abréviation de Acceleration, Reconnection, Turbulence and Electrodynamics of the Moon's Interaction with the Sun - a commencé en 2009, après que THEMIS eut achevé environ deux ans de collecte de données scientifiques sur l'environnement magnétique autour de la Terre, les aurores boréales, et comment ceux-ci sont affectés par le soleil.
Le vaisseau spatial est alimenté par l'énergie solaire, mais les orbites des deux vaisseaux spatiaux THEMIS les plus externes avaient glissé au fil du temps et allaient être soumises à des périodes d'obscurité régulières de huit heures. Ces vaisseaux spatiaux pourraient résister jusqu'à trois heures sans lumière du soleil, mais cette grande obscurité laisserait bientôt les batteries complètement déchargées.
Les équipes de UC-Berkeley et Goddard ont géré le contrôle quotidien du vaisseau spatial THEMIS. Le chercheur principal de la mission, Vassilis Angelopoulos de l'UCLA, a discuté avec les équipes de la possibilité de déplacer les deux vaisseaux spatiaux sur la Lune pour y étudier l'environnement magnétique. Mais des modèles rapides d'une technique de suralimentation conventionnelle ont montré que tout le carburant restant serait utilisé simplement en transit. Il ne resterait pas assez pour que le processus gourmand en carburant d'ajuster la direction et la vitesse commence réellement à faire le tour de la lune.
Angelopoulos a donc élaboré un nouveau plan de changement d'orbite pluriannuel plus complexe. Le mouvement reposerait principalement sur les assistances gravitationnelles de la Lune et de la Terre pour déplacer le vaisseau spatial en place. Il a apporté son idée à deux ingénieurs qui avaient participé au lancement de THEMIS en premier lieu: David Folta et un autre ingénieur de vol à Goddard, Mark Woodard. La paire a utilisé ses propres modèles pour valider ce nouveau design, et le plan était lancé.
Première étape: augmenter la taille des orbites. Les orbites d'origine centrées sur la Terre ont à peine atteint la moitié de la lune. En utilisant de petites quantités de carburant pour ajuster la vitesse et la direction à des moments précis de l'orbite, le vaisseau spatial a été catapulté de plus en plus loin dans l'espace. Il a fallu cinq ajustements de ce type pour ARTEMIS P1 et 27 pour ARTEMIS P2.
Étape suivante: faites le saut depuis l'orbite terrestre vers l'orbite délicate en forme de rein "Lissajous", encerclant ce que l'on appelle un point lagrangien de chaque côté de la lune. Ces points sont les endroits où les forces de gravité entre la Terre et la lune s'équilibrent - le point n'offre pas réellement d'entité physique pour faire le tour. ARTEMIS P1 a fait le saut - dans un bel arc sous et autour de la lune - vers la pointe lagrangienne de l'autre côté de la lune le 25 août 2010. Le deuxième engin a fait le saut vers le côté proche de la lune le 22 octobre. Ce transfert a nécessité une série complexe de manœuvres, notamment des aides à la gravité lunaire, des aides à la gravité terrestre et des manœuvres dans l'espace lointain. La combinaison de ces manœuvres était nécessaire non seulement pour arriver au bon endroit près de la lune, mais aussi au bon moment et à la bonne vitesse.
À l'aide d'une série d'assistances gravitationnelles de la Terre et de la Lune - et seulement le plus petit peu de carburant - le vaisseau spatial ARTEMIS est entré en orbite autour des points lagrangiens de la Lune à l'hiver 2010. Crédit: NASA Goddard Space Flight Center / Scientific Visualization Studio
L'histoire a été faite. De nombreux satellites orbitent des points lagrangiens entre la Terre et le Soleil mais, bien que cette orbite ait été étudiée de manière approfondie, elle n'avait jamais été tentée auparavant.
Non seulement c'était un exploit technique en soi, mais le vaisseau spatial était maintenant dans un endroit idéal pour étudier le magnétisme à une certaine distance de la lune. Dans cette position, ils pourraient repérer comment le vent solaire - composé de gaz ionisé connu sous le nom de plasma - passe devant la Lune et essaie de combler le vide de l'autre côté. Une tâche rendue compliquée car le plasma est contraint par les champs magnétiques de se déplacer le long de certains chemins.
«C'est un véritable zoo de phénomènes plasma», explique David Sibeck, chef de projet pour THEMIS et ARTEMIS chez Goddard. «La Lune se creuse une cavité dans le vent solaire, puis nous pouvons voir comment cela se remplit. C'est tout sauf ennuyeux. Il y a la microphysique et la physique des particules et l'interaction et les limites et les couches des particules d'onde. Tout ce que nous n'avons jamais eu l'occasion d'étudier auparavant dans le plasma. "
La vie des ingénieurs de vol était tout sauf ennuyeuse aussi. Garder quelque chose en orbite autour d'un endroit qui a peu de choses à marquer, à l'exception de l'équilibre de la gravité, n'est pas une tâche simple. Le vaisseau spatial nécessitait des corrections régulières pour le garder sur la bonne voie et Folta et Woodard le regardaient quotidiennement.
«Nous recevions des informations sur l'orbite mises à jour tous les jours vers 9 h», explique Woodard. «Nous exécuterions cela via notre logiciel et obtiendrions une estimation de ce que devrait être notre prochaine manœuvre. Nous allons faire des allers-retours avec Berkeley et ensemble, nous validerons une manœuvre jusqu'à ce que nous sachions que cela va fonctionner et nous garder en vol pendant une autre semaine. »
L'équipe a appris de l'expérience. De légers ajustements ont souvent eu des conséquences plus importantes que prévu. Ils ont finalement trouvé les endroits optimaux où les corrections semblaient nécessiter moins de réglages ultérieurs. Ces points chauds sont venus chaque fois que le vaisseau spatial traversait une ligne imaginaire joignant la Terre et la Lune, bien que rien dans les théories n'ait prédit une telle chose.
La vigilance quotidienne s'est avérée cruciale. Le 14 octobre, l'orbite et l'attitude du vaisseau spatial P1 ont changé de façon inattendue. La première pensée était que le système de suivi avait peut-être échoué, mais cela ne semblait pas être le problème. Cependant, l'équipe ARTEMIS a également remarqué que l'ensemble de l'engin avait commencé à tourner environ 0,001 tour par minute plus rapidement. L'un des instruments qui mesure les champs électriques a également cessé de fonctionner. Meilleure estimation? La sphère à la fin de la flèche de 82 pieds de cet instrument s'était rompue - peut-être parce qu'elle avait été frappée par quelque chose. Cette sphère ne faisait que trois onces sur un vaisseau spatial qui pesait près de 190 livres - mais elle a ajusté la vitesse d'ARTEMIS P1 suffisamment pour que s'ils avaient rattrapé l'anomalie même quelques jours plus tard, ils auraient dû gaspiller une quantité prohibitive de carburant pour reprendre le cap.
En l'état, ARTEMIS arrivera sur la Lune avec encore plus de carburant que prévu. Il y aura suffisamment de carburant pour les corrections d'orbite pendant sept à 10 ans, puis suffisamment pour ramener les deux vaisseaux sur la lune.
«Nous sommes ravis du travail des planificateurs de mission», déclare Sibeck. «Ils vont nous rapprocher beaucoup plus de la lune que nous n'aurions pu l'espérer. C'est crucial pour fournir des données de haute qualité sur l'intérieur de la lune, sa composition de surface et s'il y a des poches de magnétisme là-dedans. "
Le 9 janvier 2011, ARTEMIS P1 a sauté sur la lune et rejoint ARTEMIS P2 du côté de la Lune le plus proche de la Terre. Maintenant, les dernières étapes sont sur le point de commencer.
Le 27 juin, P1 se dirigera en spirale vers la lune et entrera en orbite lunaire. Le 17 juillet, P2 suivra. P2 se déplacera dans la même direction avec la Lune, ou en prograde; P1 se déplacera dans la direction opposée, en rétrograde.
«Nous surveillons ARTEMIS tous les jours et développons des manœuvres chaque semaine. Cela a été un défi, mais nous avons découvert de grandes choses », a déclaré Folta, qui concentrera désormais son attention sur d'autres vols de la NASA, comme la mission MAVEN sur Mars, qui devrait être lancée en 2013.« Mais nous serons bientôt fait avec cette manœuvre finale et, eh bien, nous serons redevenus des consultants ARTEMIS. »
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Écrit par Karen C. Fox au GSFC.
