N° 60–2003: SMART-1 entame un long périple vers la Lune

Une Ariane-5 générique (la mission V162 d’Arianespace) a décollé du Centre spatial guyanais (le port spatial de l’Europe à Kourou en Guyane française) à 20h14 heure locale (soit 23h14 GMT - 01h14 heure de Paris le 28 Septembre) afin de placer en orbite trois charges utiles, dont la sonde SMART-1 de l’Agence spatiale européenne.

Environ 42 minutes plus tard, SMART-1, dernier des trois satellites, a été injecté sur une orbite de transfert géostationnaire (orbite de 654 x 35 885 km, inclinée de 7° par rapport au plan de l’équateur). Tandis que les deux autres satellites devront procéder à des manœuvres pour atteindre leur orbite géostationnaire, la sonde SMART-1 de 367 kg entamera un périple beaucoup plus long vers un objectif dix fois plus éloigné que l’orbite géostationnaire : la Lune.

Depuis le Centre européen d'opérations spatiales (ESOC) de l’ESA à Darmstadt (Allemagne) où il a assisté au lancement, Jean-Jacques Dordain, Directeur général de l’ESA, a déclaré que « L’Europe peut être fière, car la Lune est redevenue un objectif. Et il ne s’agit là que du tout début, car nous nous préparons à aller beaucoup plus loin encore ».

Après avoir déployé ses panneaux solaires, la sonde fait actuellement l’objet d’une vérification initiale de ses systèmes par l’ESA/ESOC. Ces procédures de contrôle vont continuer jusqu'au 4 Octobre et déboucheront sur la première mise à feu du moteur ionique de SMART-1.

La propulsion ionique pour aller dans la Lune

Après le lancement, David Southwood, Directeur du Programme scientifique de l’ESA, a précisé : « Pour l’exécution de cette mission passionnante vers la Lune, la science et la technologie marchent main dans la main. La Terre et la Lune partagent une histoire commune depuis plus de 4 milliards d’années, de sorte qu’une meilleure connaissance de la Lune permettra aux chercheurs européens et du monde entier de mieux comprendre notre planète et leur donnera de nouvelles indications sur la manière de mieux la préserver ».

Première en date de la nouvelle série de petites missions de recherche et technologie de pointe (missions SMART), SMART-1 a d’abord été conçue pour faire la démonstration de technologies innovantes, indispensables aux futures missions scientifiques vers l’espace lointain.

La propulsion hélio-électrique constituera la première technologie de base dont SMART-1 devra établir le bien-fondé ; il s’agit en l’occurrence d’un système de propulsion léger et très performant, idéal pour répondre aux besoins des missions de longue durée à l’intérieur du Système solaire. Le système de propulsion de SMART-1 est constitué d’un moteur ionique unique, qui est alimenté par 82 kg de xénon. Pour accélérer les ions de xénon jusqu'à une vitesse de 16.000 m/s (ou 57 600 km/h), ce propulseur à plasma s’appuie sur l’« effet Hall ». Il peut ainsi délivrer une poussée de 70 mN avec une impulsion spécifique (ratio entre la poussée et la consommation de carburant) 5 à 10 fois supérieure à celle des propulseurs chimiques classiques et cela pendant beaucoup plus longtemps (plusieurs mois, voire des années, par comparaison avec une durée de fonctionnement de quelques minutes caractéristique des moteurs chimiques conventionnels).

Ce moteur ionique doit être opérationnel dès le 30 Septembre. Au début, il fonctionnera de manière presque continue – il ne s’arrêtera que lorsque SMART-1 passera dans l’ombre de la Terre – afin d’accroître la vitesse de la sonde (à environ 0,2 mm/s2) et d’élever l’altitude de son périgée (le point le plus bas décrit par son orbite) de 654 à 14 000 km. À l’issue de cette manœuvre qui durera environ 80 jours, SMART-1 sera en sécurité, au-delà de la ceinture de radiation qui entoure la Terre.

La recette du satellite sera achevée dans les deux semaines après que le Centre de contrôle de l’ESA (ESOC) aura été en contact avec la sonde à raison de deux fois huit heures chaque semaine.

Dès qu’elle se sera suffisamment éloignée de la Terre, SMART-1 actionnera son propulseur pendant plusieurs jours d’affilée afin de rehausser progressivement son apogée (l’altitude maximale de son orbite) jusqu’à ce que celle-ci atteigne le voisinage de la Lune. Une fois éloigné de 200 000 km de la Terre, le véhicule spatial commencera à tirer parti du puissant champ gravitationnel lunaire. La sonde devra ensuite effectuer trois manœuvres dites d’« assistance gravitationnelle » lors de ses survols de la Lune fin décembre 2004, fin janvier et février 2005. Après cela, SMART-1 sera « capturée » par la Lune et commencera, en mars 2005, à décrire une orbite lunaire elliptique quasi polaire. Ensuite, SMART-1 se servira de son propulseur pour réduire l’altitude et l’excentricité de son orbite.

Durant cette phase de transfert qui durera 18 mois, les responsables de l’Expérience « Détection de plasma, de poussières et d'électrons du satellite » (SPEDE) et de l’Ensemble de diagnostic de la propulsion électrique (EPDP) surveilleront de près les performances du système de propulsion hélio-électrique primaire, ainsi que ses interactions avec le véhicule spatial et son environnement, afin de détecter d’éventuels effets secondaires ou interactions avec des phénomènes électriques ou magnétiques naturels dans l’espace environnant.

La propulsion hélio-électrique est une technologie prometteuse qui pourrait très bien être utilisée pour de nombreuses missions interplanétaires dans le Système solaire, ce qui permettrait de réduire la taille et le coût des systèmes de propulsion tout en augmentant la masse disponible pour les instruments scientifiques et en améliorant la maniabilité des véhicules spatiaux.

Outre la démonstration de la propulsion hélio-électrique primaire, SMART-1 testera diverses technologies de pointe : un système modulaire de batteries Li-Ion ; un système de télécommunication de nouvelle génération à haut débit de données pour l’espace lointain dans les bandes X et Ka, avec l’expérience de télémesure et télécommande en bandes X/Ka (KaTE) ; une technique informatique permettant aux véhicules spatiaux de déterminer par eux-mêmes leur position dans l’espace, première étape vers une navigation totalement autonome.

Percer les derniers secrets de la Lune

En Avril 2005, SMART-1 abordera la deuxième phase de sa mission, laquelle devrait durer au moins six mois et sera axée sur l’étude de la Lune à partir d’une orbite quasi polaire. Depuis maintenant plus de 40 ans, la Lune a reçu la visite de nombreuses sondes spatiales automatiques et de neuf équipages humains (dont six se sont posés à sa surface). Toutefois, notre plus proche voisin ayant encore beaucoup à nous apprendre, la charge utile de SMART-1 réalisera des observations à un niveau de détail jamais obtenu auparavant.

Dans le cadre de l’expérience de pointe de micro-imagerie de la Lune (AMIE), la caméra CCD miniaturisée fournira des images à haute résolution et haute sensibilité de la surface, même dans les régions polaires faiblement éclairées. Quant à l’instrument SIR, spectromètre très compact fonctionnant dans l’infrarouge, il dressera une carte des matériaux lunaires et recherchera la présence de glaces hydriques et de glaces de dioxyde de carbone dans les cratères qui sont en permanence à l’ombre. La démonstration d’un spectromètre compact d’imagerie dans le rayonnement X (D-CIXS) établira la première carte globale de la chimie de la Lune, et le moniteur solaire dans le rayonnement X (XSM) réalisera des observations spectrométriques du Soleil et fournira des données d’étalonnage au D-CIXS afin de compenser la variabilité solaire.

En outre, l’expérience SPEDE conçue pour surveiller les interactions de la propulsion hélio-électrique avec l’environnement étudiera également la manière dont le vent solaire affecte la Lune.

L’ensemble des données collectées par SMART-1 constituera une contribution précieuse pour l’étude de l’évolution de la Lune, de sa composition chimique et de ses processus géophysiques. Ces données seront également utiles pour les spécialistes en planétologie comparative.

Ouvrir la voie à de futures sondes spatiales

En plus d’informations précieuses pour la science lunaire, la charge utile de SMART-1 sera également impliquée dans de véritables activités de démonstration technologique visant à préparer de futures missions spatiales vers l’espace lointain.

À titre d’exemple, la caméra AMIE sera utilisée pour valider l’algorithme de navigation autonome de bord (OBAN) qui établit une corrélation entre les données provenant de détecteurs et celles provenant de suiveurs stellaires, afin de fournir des données de navigation. Cette caméra participera également à une expérience de télécommunications par liaison laser avec la station sol optique de l’ESA installée à l’observatoire du Teide sur l’île de Ténériffe (Canaries), expérience au cours de laquelle elle tentera de détecter un rayon laser émis depuis le sol.

Utilisant le matériel des expériences AMIE et KaTE, l’expérience « recherches en radioscience pour SMART-1 » (RSIS) fera la démonstration d’un nouveau moyen de sondage de l’intérieur des planètes et de leurs satellites en observant le mouvement de nutation de la Lune qui est bien connu. Des missions planétaires de l’ESA pourront tirer parti de cette technologie ultérieurement.

SMART-1 a été développée pour l’ESA par la Swedish Space Corporation qui en a été le maître d’œuvre, 30 contractants répartis dans 11 pays européens et aux États-Unis ont également apporté leur contribution à cette mission. Malgré sa taille réduite, ce véhicule spatial emporte une charge utile scientifique de 19 kg qui regroupe des expériences réalisées par des responsables de recherche de différents pays : Finlande, Allemagne, Italie, Suisse et Royaume-Uni.

Mise au point avec un budget relativement faible et dans des délais assez courts, SMART-1 recèle un immense potentiel pour de futures missions et illustre clairement les ambitions de l’Europe en ce qui concerne l’exploration du Système solaire. Ambitions qui se sont également concrétisées à l’occasion du lancement de Mars Express en juin dernier (cette sonde a déjà accompli plus de la moitié de son voyage vers la planète Mars) et qui seront réaffirmées avec le prochain lancement de Rosetta vers la comète Churyumov-Gerasimenko, prévu en février 2004.

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