Cassini-Huygens: dans le système de Saturne

Cette section est actuellement en train d'être transformée en archives de la mission Cassini; la première page ci-dessous est à peu près définitive. Les liens qui suivent permettent d'accéder aux anciennes pages, qui sont en voie d'être archivées: 1, 1b données et opérations Saturne et les anneaux; 2, 2b données et opérations satellites de Saturne; 3, 3b données et opérations Titan. pas de liens retour

La mission

La mission

Cassini-Huygens, cliquez vers une vue de Cassini-Huygens. NASA/JPL

Comme ce que les missions Voyager avaient révélé lors de leur périple était à ce point phénoménal, un groupe de travail conjoint Etats-Unis-Europe commença, un an plus tard seulement, de discuter d'une mission qui prolongerait les travaux effectués à Saturne. C'allait être la mission Cassini. La mission Cassini à Saturne comportait un orbiter, Cassini, et une sonde, Huygens. La sonde serait larguée six mois après l'arrivée de la mission à Saturne. La sonde Huygens avait pour but d'atterrir sur Titan, le plus gros satellite de Titan dont on pensait que l'atmosphère recèle des composés organiques, précurseurs de la vie, alors que Cassini proprement dit aurait pour mission d'orbiter pendant 4 ans dans le système de Saturne. La mission était une mission conjointe ESA (agence européenne)/NASA/Agence Spatiale Italienne
L'idée d'installer une mission en orbite autour d'une géante gazeuse n'a trouvé sa première réalisation qu'avec la mission Galileo autour de Jupiter. Jusque là les missions avec orbite autour d'une planète n'avaient été envoyées que vers les planètes inférieures du système solaire et vers Mars. Installer une sonde en orbite dans le système d'une géante gazeuse en permet l'étude en profondeur: la planète elle-même, ses satellites, sa magnétosphère, etc.
La mission Cassini a été lancée le 15 octobre 1997 de la zone de lancement de l'U.S. Air Force de Cap Canaveral sur une Titan IVB, le lanceur le plus grand de la NASA alors et s'est dirigée vers Saturne par le biais de 4 modifications de trajectoire assistées par gravité (2 à Vénus les 26 avril 1998 et 24 juin 1999; une à la Terre le 18 août 1999; et une à Jupiter le 30 décembre 2000). La mission Cassini était de très; grande taille et, à la différence des Surveyor et des Voyager, il lui fallut un ensemble de lancement composé d'un étage Titan et d'un étage Centaur amélioré pour accueillir ses 1,25 tonnes. Lorsque Cassini arriverait à Saturne, il aurait parcouru 3 millions et demi de kilomètres (2,2 millions de miles). La durée prévue de la mission était de 4 ans. Cassini a été lancé par une Titan IV, le plus lourd lanceur de la NASA. En route on constata des problèmes de radio, ce qui posait problème puisque la sonde devait relayer les messages venus de Huygens sur Titan. L'orbiter devait accomplir 74 orbites autour de Saturne et 44 passages à fin d'imagerie à Titan (il était prévu qu'il renvoyât vers 1 millions d'images). Les données de Cassini mirent entre 68 et 90 minutes pour nous parvenir fonction de l'emplacement de la Terre sur son orbite; Cassini devait émettre 9 heures par jour. L'insertion en orbite autour de Saturne devait avoir lieu le 1er juillet 2004. La descente de la sonde Huygens dans l'atmosphère de Titan était prévue pour le 14 janvier 2005 (un essai de parachutage d'une maquette de la sonde eut lieu en Italie). Saturne avait été visitée pour la dernière fois par les sondes Voyager 1 et Voyager 2 en 1980 et 1981. Le Jet Propulsion Laboratory (JPL), à Pasadena, Californie, gèrait la mission pour la NASA. L'orbiter et ses deux caméras furent conçus et assemblés au JPL. La sonde Huygens fut été développée par une équipe du Centre Européen de Technologie et de Recherche Spatiale (European Space Technology and Research Center) de Noordwijk aux Pays-Bas. L'Agence Spatiale Italienne fournit l'antenne à haut gain, l'essentiel du système radio et les éléments de plusieurs instruments scientifiques embarqués de Cassini. Cassini était aussi équipé un RTG, un générateur thermique atomique (en anglais, "radioisotope thermoelectric generator" ("générateur thermoélectrique radioisotopique")). Pour ce qui est de l'étude approfondie de Titan, Cassini exécuterait 45 passages pour réaliser un cartographie radar à haute résolution. La technique radar était nécessaire pour percer l'atmosphère opaque de Titan. La sonde Huygens aurait pour but de descendre dans l'atmosphère de Titan en collectant des données et d'atterrir. La sonde cesserait d'émettre peu de temps après son atterrissage. On ne savait pas encore si la surface de Titan était solide ou liquide. La sonde a été nommée "Huygens" en l'honneur du savant hollandais Christian Huygens (1629-1695). Né dans une riche famille qui avait traditionnellement fourni des diplomates à la maison d'Orange, Huygens, après des études de mathématiques et de droit, se consacra pendant un temps à améliorer et à théoriser les instruments d'astronomie. En 1655, avec un instrument de sa fabrication, il découvrit Titan ainsi que la vraie nature de l'anneau de Saturne. Huygens fut, en 1666, l'un des fondateurs de l'Académie des Sciences française. Huygens ne put pas être un savant de la taille de Newtion car il ne maîtrisa pas la science des nombres

Le système saturnien

Saturne est la sixième planète du système solaire et la deuxième plus importante après Jupiter. Comme Jupiter, d'ailleurs, Saturne est une "géante gazeuse", c'est-à-dire une planète de grandes dimensions, qui s'est formée assez loin dans le système solaire par accrétion de couches de gaz autour d'un petit noyau solide. Le trait le plus distinctif de Saturn est bien évidemment son anneau. Saturne a un vaste système de satellites. Saturne met 29 ans pour parcourir son orbite autour du Soleil. On pensait que les anneaux de Saturne pouvaient être âgés soit de 100 millions d'années, soit de quelques centaines de millions d'années. On pensait qu'ils tiraient leur origine de collisions survenues entre des lunes de Saturne ou entre d'autres corps qui furent détruits par le champ gravitationnel de la planète. Il était possible aussi que la planète ait eu plusieurs anneaux successifs depuis sa formation il y a 4 milliards et demi d'années. L'anneau de Saturne comprenait trois zones principales: la partie la plus extérieure -l'anneau A, une partie centrale -la plus brillante- dite l'anneau B, et la partie la plus intérieure -l'anneau C. Deux divisions, celle de Encke et celle de Cassini les divisaient. L'essentiel de ce que l'on savait des satellites de Saturne à l'époque de la mission Cassini venait des missions Voyager 1 et 2 qui avaient atteint Saturne vers 1980. Saturne compte 31 satellites majeurs, irréguliers ou intérieurs. Titan, le plus grand satellite de Saturne et, comme Ganymède dans le système de Jupiter, l'un des plus grands satellites du système solaire, était le seul satellite du système solaire à avoir une atmosphère. Cette atmosphère avait attiré l'attention des scientifiques car contenant des composés organiques, lesquels sont à l'origine de la vie

Travail à Saturne

Après un voyage de 6 ans, Cassini atteignit le voisinage de Saturne dans les débuts de 2003. Le 18 janvier 2004, le vaisseau commença officiellement la "Approach Science phase" ("phase scientifique pendant l'approche"). Il commença une série ininterrompue d'observations scientifiques qui le menèrent à l'insertion en orbite saturnienne. Des données sur l'interaction entre le vent solaire et la magnétosphère, les anneaux, l'atmosphère, de nouveaux satellites et de l'imagerie de Titan au cours du dernier mois furent transmises. Puis Cassini entra officiellement dans le système de Saturne le 18 mai 2004, l'attraction gravitationnelle de la planète surpassant celle du Soleil. Le vaisseau passa la frontière où les derniers satellites de Saturne se trouvent, vers 16 millions de km de la planète. Une dernière correction de trajectoire ralentit Cassini de 3,6m/s (8 miles/h) eut lieu le 16 juin 2004 ainsi qu'un dernier ajustement avant la "Saturn Orbit Insertion" ("insertion en orbite saturnienne") le 1er juillet. L'insertion en orbite se fit via un freinage moteur de sorte que la planète fut capable de capturer le vaisseau. L'insertion en orbite saturnienne se fit entre les anneaux F et G et l'antenne de Cassini lui servit de bouclier contre les micrométéorites. Au cours de son périple de 6 ans et demi et de 3,5 milliards de km (2.2 billion miles), Cassini avait accompli 4 passages assistés par gravité: Vénus (26 avril 1998 et 24 juin 1999), la Terre (18 août 1999) et Jupiter (30 décembre 2000); chacun des passages permet au vaisseau d'échanger de l'énergie, de gagner de la vitesse et de modifier sa direction. La première cible, immédiatement après l'insertion en orbite fut Titan. La sonde Huygens, de l'ESA, elle, fut séparée du vaisseau-mère fin 2004 et elle descendit, le 14 janvier 2005, sans encombres dans l'atmosphère de cette plus grande lune de Saturne et s'y posa

Pour ce qui est de la configuration de la sonde Cassini une fois lancée et Saturne atteint, Cassini est passé sur un groupe alternatif de thrusters début 2009. La mission ayant été lancée depuis 11 ans, le groupe original de thrusters de Cassini commençait à montrer des signes de fatigue. La NASA a fait passer la mission sur le groupe alternatif -ou "branche B". Le nouveau groupe est purement identique à celui utilisé jusque là; il comporte aussi 8 thrusters, ces petits propulseurs que les missions spatiales utilisent pour les manoeuvres de correction de trajectoire, pour les questions d'attitude du vaisseau ou pour des ajustements aux roues de contrôle qui ont plus précisément en charge ces ajustements d'attitudes. La mission Cassini était déjà, il y a quelques années, passée à une roue de contrôle alternative. Depuis début 2016, une série de passages à Titan a progressivement élevé l'inclinaison de l'orbite de Cassini relativement au plan équatorial de Saturne, ce qui a permis à la mission de passer au-dessus de l'anneau. Auparavant, à partir du 30/11/2016, Cassini a exploré en 20 orbites le bord extérieur de l'anneau, s'approchant à 7800km (4850 miles) du centre de l'anneau F. Un dernier et unique flyby à Titan en avril 2017 permettra l'ultime phase de la mission. Le fait qu'on mette un terme à la mission résulte du fait que le vaisseau manque de carburant et qu'il pourrait mettre en danger l'exploration future des satellites de Saturn et particulièrement celle d'Encelade, potentiellement favorable à la vie. Apr`s sa mission de base de 4 ans (2004-2008) et une première extension de 2 ans (la "Equinox mission", 2008-2010), la NASA a encore prolongé la mission de 7 ans à partir de février 2010. Cette dernière extension a été appelée la "Cassini Solstice Mission"; elle a permis au vaisseau de finalement s'être étendue du solstice d'hiver à un peu après le solstice d'été (mai 2017); elle a permis ainsi une saison complète à Saturne en étudiant les changements saisonniers et les autres modifications à long terme de la météorologie de la planète et de ses satellites. Le "Grand Finale" qui vit Cassini plonger dans les couches de Saturne, conclut la Solstice Mission

Alors que Cassini était passé une dernière fois lors d'un passage distant de Titan le 11/09/2017 à 17h heure d'été de la côte ouest américaine, la sonde a été dirigée à destination de sa descente finale vers Saturne. Cassini a alors atteint son dernier apoapse -le plus loin de Saturne sur l'orbite- à une distance de 1,3 million de km (800 000 miles) avant de revenir vers la planète aux anneaux. Le vaisseau a alors repris contact avec la Terre le 12, renvoyant des données et, le 13, les navigateurs de la mission ont confirmé que la mission était sur sa route à destination de l'atmosphère, plongée prévue le 15 (un calcul prévoyait que la perte de contact avec Cassini aurait lieu le 15 à 7h 55 heure d'été de la côte ouest américaine). Le même jour, à 19h 45 heure d'été de la côte ouest américaine, Cassini a commencé à transmettre ses données et les dernières images, vidant l'enregistreur de bord de toute donnée scientifique avant que de le reconfigurer pour servir de relai -presqu'en temps réel- à la transmission pendant la plongée dans l'atmosphère et, pendant les 12 heures suivantes, les communications sont restées continues jusqu'à la fin de la mission. Le 15 septembre, le jour de la fin de la mission, le vaisseau, à 4h 55 heure d'été de la côte ouest américaine, s'est configuré pour la plongée et le renvoi en temps réel de données et l'envoi de données a marqué le début de la plongée, laquelle a commencé à 19h 55 heure d'été de la côte ouest américaine, la perte du contact étant prévue une minute plus tard. Le vaisseau est entré dans l'atmosphère saturnienne du côté éclairé de la planète, vers midi heure locale, par 9,4° Nord de latitude et 53° Ouest de longitude. Les données télémetriques reçues pendant la plongée ont indiqué que, comme prévu, Cassini était entré dans l'atmosphère de Saturne ses thrusters allumés pour maintenir la stabilité, alors qu'il transmettait un unique et dernier ensemble d'observations. Aucune image n'a été prise au cours de la plongée car le taux de transmission de données nécessaire à la transmission d'images aurait été trop élevé et aurait empêché que les données scientifiques -plus importantes- fussent envoyées. Le contact avec l'atmosphère a eu lieu à une altitude de 1915km (1190 miles) au-dessus du "sommet estimé des nuages" - en anglais "estimated cloud tops", altitude où la pression est d'1 bar, ou l'équivalent du niveau de la mer sur Terre- à une vitesse d'aux alentours 113 000km/h (70000 miles/h). L'altitude prévue de perte du signal était de 1500km (930 miles) et, à partir de là le vaisseau devait commencer à brûler comme une météorite et être détruit en quelques minutes (le vaisseau, d'une manière générale, en termes de ce que les astronomes amateurs peuvent voir sur Saturne, a été détruit avant d'atteindre les couches "visibles" de Saturne, au-dessus de ce qu'en anglais on appelle la "well-mixed atmosphere" -littéralement "atmosphère bien mélangé")

pour plus d'informations: le site officiel de la mission, ou le site de l'équipe d'imagerie de Cassini (Cassini Imaging Team)

Les données

vers un vers une vue des données recueillies par la mission Cassini-Huygens