Sonde New Horizons

New Horizons

Pour les articles homonymes, voir Horizon.

La sonde New Horizons au Centre spatial Kennedy, où des techniciens sont en train de retirer la couverture protectrice (25 septembre 2005).

New Horizons (« nouveaux horizons » en français) est une sonde spatiale de la NASA qui doit étudier Pluton et son satellite Charon en 2015. Elle doit ensuite survoler certains petits objets célestes de la ceinture de Kuiper. Durant son périple elle a croisé la géante gazeuse Jupiter le 28 février 2007. Cette mission est la première du programme New Frontiers de la NASA dont l'objectif est d'effectuer une exploration scientifique fouillée des planètes du système solaire avec des sondes spatiales d'un coût inférieur à 700 millions de $ c'est-à-dire plus cher que les sondes du programme Discovery mais moins cher que les projets ambitieux comme Mars Science Laboratory.

Il s'agit du premier engin spécifiquement étudié pour retransmettre des données des objets lointains du système solaire.

La sonde a été lancée le jeudi 19 janvier 2006 et a utilisé l'assistance gravitationnelle de Jupiter le 28 février 2007 qui lui a permis de gagner 4 km/s.

La sonde

La sonde a la forme d'un triangle épais. Comme la sonde part aux confins du système solaire, la génération d'électricité ne peut être assurée par les traditionnels panneaux solaires, un générateur thermoélectrique à radioisotope (RTG) est embarqué. Ce générateur convertit en électricité la chaleur fournie par la désintégration radioactive de 10,9 kg de dioxyde de plutonium 238 : on estime que le RTG fournira encore 190 W en 2015. Le cylindre contenant le générateur est fixé sur un des sommets du triangle. L'antenne parabolique, d'un diamètre de 2,5 mètres, servant à la communication avec la Terre est fixée sur une des faces du triangle.

L'informatique de bord utilise un microprocesseur 32 bits Mongoose-V, version durcie contre les radiations du MIPS R3000. Sa fréquence d'horloge est ralentie de 25 à 12,5 MHz pour limiter la consommation électrique. Le poids total de la sonde est de 265 kg.

Équipements scientifiques

New Horizons dispose de sept instruments scientifiques :

Instrument	Description	Objectifs
Ralph	Imageur/spectromètre dans le domaine du visible et infra-rouge	Fournit la couleur, la composition et la température sur les cartes
Alice	Spectromètre ultraviolet	Analyse la composition et la structure de l'atmosphère de Pluton et les environs de Charon et des objets de la Ceinture de Kuiper
REX (pour Radio Science Experiment)	Radiomètre passif	Mesure la composition et la température de l'atmosphère
LORRI (pour Long Range Reconnaissance Imager)	Télescope	Cartographie de Pluton
SWAP (pour Solar Wind Arround Pluto)	Spectromètre	Mesure le taux d'échappement de l'atmosphère de Pluton et son interaction avec les vents solaires
PEPSSI (pour Pluto Energetic Particle Spectrometer Science Investigation)	Spectromètre	Mesure la composition et la densité du plasma s'échappant de l'atmosphère de Pluton
SDC (Student Dust Counter)		Mesure la taille des particules de poussières se trouvant sur la trajectoire de la sonde New Horizons. Ce programme est géré par les étudiants, encadrés par leurs professeurs, de l'Université du Colorado - Boulder.

Concernant les moyens de transmissions, la sonde utilise les fréquences suivantes pour la télémétrie et le transfert de données :

• liaison uplink (Terre vers sonde) : 7 182,043 000 MHz
• liaison downlink (sonde vers Terre) : 8 437,894 737 MHz ; 8 438,181 818 MHz et 8 438,243 000 MHz

Ces fréquences ne tiennent pas compte de l'effet Doppler.

Déroulement de la mission

Genèse du programme

Lancement de New Horizons par une fusée Atlas V.

New Horizons est la première sonde à avoir pour principal objectif l'étude et le survol de Pluton. En raison de son éloignement, Pluton est une destination à risque, c'est pour cette raison que les projets d'étude de cette planète naine ont été annulés les uns après les autres. Comme le programme Outer Planet Grand Tour, qui prévoyait l'envoi de quatre sondes, dont deux en direction de Jupiter, Saturne et Pluton. Mais suite à des contraintes budgétaires de la NASA, cette dernière a été dans l'obligation de revoir sa copie et de n'envoyer que 2 sondes : Voyager 1 et 2, l'observation de Pluton a dû être abandonnée car le Jet Propulsion Laboratory (JPL) ne pouvait diriger pour des raisons de configuration planétaire une sonde à la fois vers Uranus, Neptune et Pluton. Cette dernière fut donc abandonnée.

Une autre mission américaine d'exploration de Pluton et de la ceinture de Kuiper, nommée Pluto Kuiper Express prévu pour 2004 fut annulé en 2001, à cause des dépassements de budget des satellites James Webb Space Telescope et Gravity Probe B^[1].

Après plusieurs autres projets avortés, New Horizons est né. Il doit en partie sa réalisation au fait que le National Research Council (NRC) a fait de Pluton et de la Ceinture de Kuiper un objectif principal de l'exploration du système solaire. Le coût de la mission est estimé à 700 millions de dollars US.

Lancement et voyage vers Pluton

La sonde New Horizons a été lancée le 19 janvier 2006, à 19h00 UTC (soit 14h00 locales) sur l'aire de lancement de Cap Canaveral en Floride.

Des fenêtres de tir de secours existaient, pour la fin février 2006 et février 2007, mais elles impliquaient une trajectoire directe vers Pluton depuis la Terre, sans pouvoir bénéficier de l'assistance gravitationnelle de Jupiter. Cela aurait prolongé la mission de 3 à 4 ans. Et sur un si long trajet, un problème peut survenir à tout moment car en effet les risques sont proportionnels à la durée du voyage.

Document complémentaire : Vidéo du lancement.

Survol de Jupiter

Photographie par New Horizons d'une éruption du volcan Tvashtar sur Io, satellite de Jupiter.

La sonde se dirige à une vitesse de 50 000 km/h vers Jupiter qu'elle survola le 28 février 2007. Elle a profité alors d'un effet de fronde gravitationnelle accélérant la vitesse de la sonde à 75 000 km/h (soit 20 km/s) en direction de Pluton. Le survol de Jupiter s'effectua à 2,3 millions de km et fut l'occasion d'une campagne d'observation du système jovien.

La sonde est alors dirigée vers Pluton, à 2,5° du plan de l'écliptique. Durant cette approche, New Horizons survolera de loin le centaure (83982) Crantor en 2010.

Survol de Pluton

Vue d'artiste de la sonde New Horizons.

Le survol de Pluton est prévu le 14 juillet 2015 à 11:59:00 UTC au moment où la planète croisera le plan de l'écliptique^[1]. Les observations débuteront 6 mois avant l'approche minimale (permettant pendant 150 jours une résolution supérieure à ce que le télescope spatial Hubble peut fournir) et se poursuivront deux semaines après.

Pluton et Charon seront cartographiés avec une résolution de 40 km/pixel pendant 3,2 jours. Cette durée correspond à la moitié de la période de rotation des deux objets et permettra de photographier les régions invisibles par la sonde lors de son approche minimale.

New Horizons devrait survoler Pluton à 9 600 km de distance à une vitesse relative de 11 km/s et Charon à 27 000 km, mais ces paramètres pourront être changés en cours de mission. Lors du survol, les instruments embarqués devraient permettre d'obtenir des images d'une résolution de 25 m/pixel, une cartographie complète des côtés éclairés par le Soleil avec une résolution de 1,6 km/pixel en couleurs, une cartographie infrarouge globale de 7 km/pixel et de 0,6 km/pixel pour certaines régions, une caractérisation de l'atmosphère des deux objets célestes et des résultats de radioscopie.

Cette mission permettra aussi d'en savoir plus sur les deux nouveaux satellites décelés sur les clichés de Hubble pris entre le 15 et le 18 mai 2005, découverte qui a été depuis validée par l'Union astronomique internationale qui les a baptisés Hydra (S/2005 P1) et Nyx (S/2005 P2).

Ceinture de Kuiper

Après le survol de Pluton, New Horizons continuera dans la ceinture de Kuiper où un ou plusieurs objets d'environ 50 à 100 km de diamètre pourront être visés et observés. Comme les possibilités de manœuvre sont limitées, cette partie de la mission dépendra des objets que l'on aura pu identifier à proximité du trajet de la sonde.

En 2004, cette partie fut remise en cause à la suite d'une pénurie de Plutonium 238 causée par l'arrêt du Laboratoire national de Los Alamos (où le plutonium de la mission était produit). Ce problème a depuis été résolu et, bien que New Horizons disposera de moins de puissance que prévu (190 W vers Pluton, au lieu de 225 W), cela devrait être suffisant pour que la mission se poursuive jusqu'en 2025, date à laquelle New Horizons aura atteint la distance de 50 à 60 ua.

Évènements

• 24 septembre 2005 : transport de la sonde à Cap Canaveral depuis le centre spatial Goddard à bord d'un avion cargo C-17 Globemaster III.
• 2006 :
  • 11 janvier : ouverture de la première fenêtre de tir entre 07:06 et 09:06 UTC.
  • 16 janvier : la fusée Atlas V destinée au lancement de la sonde est mise en place sur le pas de tir.
  • 17 janvier : fenêtre de tir ouverte à 18:24 UTC jusqu'à 20:23 UTC. Le lancement est différé à cause de vents de surface trop importants.
  • 18 janvier : fenêtre de tir ouverte à 18:16 UTC jusqu'à 20:15 UTC. Le lancement est différé à cause d'une coupure de courant due à un orage au laboratoire chargé du lanceur et de la mission.
  • 19 janvier : ouverture de la fenêtre de tir à 18:08 UTC jusqu'à 20:07 UTC. La sonde est lancée à 19:00 UTC.
  • 20 janvier : passage de l'orbite lunaire, seulement 9h après le lancement, à 4:00 UTC.
  • 2 février : fermeture de la fenêtre de tir principale. Lancer la sonde pendant la fenêtre de tir secondaire aurait impliqué de ne pas survoler Jupiter et de repousser le survol de Pluton vers 2019 ou 2020.
  • 15 février : fermeture de la fenêtre de tir pour l'année 2006. Ne pas lancer la sonde pendant cette fenêtre aurait impliqué d'attendre l'année suivante et de repousser encore plus le survol de Pluton.
  • 13 juin : survol de l'astéroïde (132524) APL.
• 28 février 2007 : survol de Jupiter. La plus proche distance était d'environ 2,5 millions de km.
• 8 juin 2008 : New Horizons croise l'orbite de Saturne à la distance de 10,06 UA du Soleil (Saturne se trouve quant à elle à 15 UA de la sonde).
• 14 juillet 2015 : survol de Pluton.
• 2015 - 2020 : possible survol d'un ou plusieurs objets de la ceinture de Kuiper.

Les observations initiales débuteront 4 mois avant le survol de Pluton et toutes les données devraient être transmises 9 mois après. Les observations des objets situés dans la ceinture de Kuiper débuteront un mois avant leur survol et la transmission des données s'effectuera en deux mois.

Voir aussi

• Pluton
• Sonde spatiale

Bibliographie

• Alain Doressoundiram et Emmanuel Lellouch, Aux Confins du système solaire, 2008 [détail des éditions] 

Notes et références

1. ↑ ^{a  et b} Science & Vie n°1060 de janvier 2006

Liens externes

• (en) Site officiel du programme New Horizons.
• (fr) Dossier Futura-Sciences : New Horizons : 11 kg de plutonium pour comprendre Pluton
• (fr) Le Monde, 19 janvier 2006 : La sonde New Horizons est partie vers Pluton

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