Organisation | ESA |
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Constructeur | OHB |
Domaine |
Étude des astéroïdes Défense planétaire |
Statut | En développement |
Lancement | Octobre 2024 |
Lanceur | Falcon 9 |
Site | [1],[2] |
Masse au lancement | ~1128 kg |
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Propulsion | Chimique |
Contrôle d'attitude | Stabilisé 3 axes |
Source d'énergie | Panneaux solaires |
Orbite | Orbite héliocentrique |
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AFC | Caméra panchromatique |
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PALT | Altimètre Laser |
TIRI | Imageur dans l'infra-Rouge thermique |
Hyperscout-H | Imageur hyperspectral |
ASPECT (CubeSat Milani) |
Imageur infra-rouge proche |
VISTA (CubeSat Milani) |
Thermogravimètre |
JuRA (CubeSat Juventas) |
Radar basse fréquence |
RSE - X-DST | Radio science |
ISL | Liaison inter-satellite |
Hera est une mission spatiale en cours de développement par l'Agence spatiale européenne, dans le cadre de son programme de sécurité spatiale, dont l'objectif principal est de contribuer à valider la méthode de l'impact cinétique pour dévier un éventuel astéroïde évoluant sur une trajectoire de collision avec la Terre, en mesurant la taille et la morphologie du cratère, ainsi que la quantité de mouvement transmise par un projectile artificiel lors de son impact avec un astéroïde, ce qui donne la mesure de l’efficacité de la déviation produite par l’impact. S’agissant d’un test, l’astéroïde ainsi que le test de déviation ont été choisis pour ne présenter aucun risque quel que soit le résultat. Par ailleurs, la mission va caractériser entièrement les propriétés de composition et physiques d'un astéroïde binaire, y compris pour la première fois la structure de sous-surface et la structure interne. Elle effectuera aussi des démonstrations technologiques liées aux opérations à proximité d'un petit corps et au déploiement et à la communication avec des Cubesats dans l'espace interplanétaire.
L'engin spatial qui décollera en octobre 2024 doit étudier les résultats obtenus par l'impacteur DART, développé par la NASA, 4 ans après la mission américaine. La mission de cette dernière a été de percuter le satellite Dimorphos, le plus petit des objets formant l'astéroïde binaire (65803) Didymos, le 27 octobre 2022.
Hera est une sonde spatiale d'environ 1128 kilogrammes emportant plusieurs instruments (caméras, altimètre, spectromètre). Elle embarque deux nano-satellites de type CubeSat, Milani et Juventas, équipés eux-mêmes d'instruments.
Les objets géocroiseurs sont des corps célestes (astéroïde, comète) dont l'orbite autour du Soleil coupe celle de la Terre et qui peuvent donc, dans un délai plus ou moins lointain, s'écraser sur la Terre. Leur impact provoque des dégâts qui dépendent principalement de leur taille, de leur densité, de leur vitesse, de l'incidence de leur trajectoire et de la zone terrestre frappée. La probabilité d'un impact d'astéroïde de taille importante sur la Terre est basse mais ses conséquences sur la société peuvent être particulièrement graves.
Les objets géocroiseurs plus nombreux, qui frappent régulièrement la Terre, ont un diamètre inférieur à 30 mètres et ont une probabilité faible de provoquer une catastrophe. Au-delà d'un diamètre de 30 mètres, l'impact d'un objet géocroiseur peut aller de l'anéantissement d'une ville à celui de la civilisation humaine (objet de plus de 1 000 mètres de diamètre). L'impact d'un objet géocroiseur présentant une menace grave est statistiquement rare (la fréquence d'impact d'un objet de plus de 1 000 mètres est d'environ 1 tous les 500.000 ans).
Depuis qu'elle est identifiée de manière scientifique, la menace des objets géocroiseurs a été négligée par la société car une collision avec la Terre d'un astéroïde de taille conséquente est perçue comme un phénomène très rare. Mais entre le 16 et le les fragments de la comète Shoemaker-Levy 9 s'écrasent de manière spectaculaire sur la planète géante Jupiter. Un impact du même ordre de grandeur sur la Terre aurait eu des conséquences planétaires aux effets similaires à ceux ayant conduit à l'extinction des dinosaures. La menace est désormais tangible et contemporaine. Ce sont les États-Unis qui vont les premiers la prendre en compte en développant des mesures relevant de ce qui sera baptisé par la suite la défense planétaire (planetary defense)[1].
Le Congrès américain, sensibilisé par l'impact de la comète Shoemaker-Levy 9 sur la planète géante Jupiter et conseillé par plusieurs scientifiques dont Eugene Shoemaker, prend en 1998 une première mesure destinée à évaluer le danger. Il inscrit dans les objectifs de l'agence spatiale américaine (la NASA) la détection de 90% des objets géocroiseurs ayant plus d'un kilomètre de diamètre. La NASA dispose de 10 ans pour les recenser et déterminer leurs trajectoires et leurs principales caractéristiques[1]. En 2005 le Congrès élargit la mission de la NASA en l'étendant aux objets géocroiseurs de plus de 140 mètres de diamètre. La NASA dispose de 15 ans pour atteindre ce but (date butoir 2020) mais le budget accordé par le Congrès est insuffisant pour réaliser cet objectif dans le délai imparti[2],[3]. Au cours des années suivantes, la NASA finance plusieurs projets de télescopes terrestres (Catalina Sky Survey, Pan-STARRS, LSST...) et spatiaux (NEOWISE) ayant pour objectif d'effectuer ce recensement indispensable pour évaluer la menace et la prévenir. Pour les géocroiseurs plus grands qu'1 km, le but a été atteint mais, pour ceux plus petits, l'objectif calendaire prend beaucoup de retard puisque, en 2019, seuls 1,6 % des géocroiseurs d'une taille supérieure à 30 mètres (16 000 sur un nombre estimé à environ un million) et 31% des géocroiseurs de plus de 140 mètres de diamètre (environ 5 000 sur 16 000) avaient été identifiés[4]. Un télescope spatial destiné à ce recensement, NEO Surveyor, doit être lancé en 2026.
Courant 2021 (avril) aucun des astéroïdes identifiés et dont l'orbite est connue ne présente une menace pour la Terre. La menace viendra donc d'astéroïdes qui n'ont pas encore été découverts[5].
Il n'existe courant 2021 aucune méthode opérationnelle permettant de détourner un objet géocroiseur qui menacerait d'entrer en collision avec la Terre. Plusieurs techniques sont envisagées mais elles nécessitent d'être testées. Généralement il s'agit de modifier légèrement l'orbite de l'objet géocroiseur en appliquant une poussée sur le corps céleste de manière que celui-ci évite la Terre. Si la poussée est ponctuelle, il faut appliquer celle-ci lorsque le corps se trouve près de son aphélie (apogée). On peut également choisir d’exercer une poussée plus faible mais continue. Plus on anticipe la correction de la trajectoire, moins celle-ci a besoin d'être importante. Pour éviter un impact avec la Terre, il faut donc recenser le plus tôt possible l'ensemble des objets géocroiseurs susceptibles de menacer la Terre et estimer avec une très grande précision leurs trajectoires pour les décennies à venir. La deuxième condition de réussite est de pouvoir mettre sur pied une mission spatiale permettant de détourner la menace avec une probabilité de succès très élevée. Les principales méthodes de modification de trajectoire sont les suivantes[6] :
L'Agence spatiale européenne (ESA) est la première à se lancer dans l'élaboration d'une mission expérimentale visant à évaluer une méthode de déviation d'un objet géocroiseur. En 2005-2007, suivant les recommandations de son comité NEOMAP (Near-Earth Mission Advisory Panel, soit en français Groupe conseil sur les missions spatiales consacrées aux risques d'impact) constitué de 6 experts européens (Willy Benz, Alan Fitzsimmons, Simon F. Green (en), Alan W. Harris (en), Patrick Michel, Giovanni Valsecchi), elle définit les spécifications de la mission Don Quichotte dont l'objectif est de démontrer qu'il est possible de dévier un astéroïde en utilisant l'énergie cinétique fournie par un impacteur. Le programme ne se concrétise pas pour des raisons de coût et d’absence de programme dédié. Mais la nécessité d'effectuer un tel test est demeurée et les concepts de de Don Quichotte ont servi de référence dans de nombreux rapports consacrés à la défense planétaire[8],[9].
À compter de 2012, l'Union européenne s'implique dans la défense planétaire et finance quatre études portant sur celle-ci[10] pour un montant total d'environ 16 millions € au cours de la décennie. Leur objectif est de mettre au point les différents aspects d'un système assurant la protection de la Terre contre un impact d'un astéroïde géocroiseur : détection, faisabilité du processus de déviation, modélisation de l'impact, guidage de l'impacteur, méthodes d'observations depuis la Terre, etc. Ces quatre études sont :
AIDA est le premier programme opérationnel dont l'objectif est de tester une méthode de déviation d'astéroïde géocroiseur. Il est mis sur pied en 2013 conjointement par des scientifiques soutenus par la NASA et l'Agence spatiale européenne (ESA). Son objectif est de tester le recours à un engin de type impacteur pour dévier un astéroïde qui serait susceptible de frapper la Terre. Ce programme prévoit le lancement à destination de l'astéroïde binaire (65803) Didymos de deux engins spatiaux : l'impacteur DART développé par la NASA chargé de s'écraser à grande vitesse sur le plus petit des deux astéroïdes et l'orbiteur AIM développé par l'ESA qui doit mesurer les effets de l'impact. Après une phase d'évaluation dans les deux agences spatiales, l'agence spatiale européenne décide fin 2016 de renoncer à son développement faute d'obtenir un soutien financier suffisant des états membres[15],[16]. La NASA, de son côté, décide de poursuivre le développement de DART. Dans ce nouveau contexte, des observatoires terrestres sont chargés de reprendre partiellement le rôle de AIM. Le projet DART évoluera par la suite en incorporant le nano-satellite LICIACube, largué avant l'impact et chargé de prendre et de retransmettre les 100 premières secondes de celui-ci.
En 2017, à la demande de plusieurs pays membres de l'Agence spatiale européenne, celle-ci reprend les études d'un remplaçant pour AIM qui est nommé Hera (du nom de la déesse grecque du mariage Héra). Hera doit remplir tous les objectifs assignés à AIM, mais en optimisant au maximum tous les composants de la mission. Hera serait lancé en octobre 2024 et étudierait les effets de l'impact de DART sur Dimorphos, le satellite de Didymos, 4 ans après que celui-ci se soit produit[8]. La mission Hera est approuvée par le conseil ministériel de l'ESA en novembre 2019[17]. En septembre 2020 l'agence spatiale européenne confie la construction de l'engin spatial à un consortium d'entreprises menés par OHB, dans le cadre d'un contrat de 129,4 millions euros[18]. Elle formalise l’équipe scientifique de la mission, constituée d’un investigateur principal, d’un conseil scientifique, de quatre groupes de travail couvrant tous les aspects de la mission et des responsables scientifiques des instruments[19].
L'objectif principal de la mission Hera est d'évaluer la méthode de l'impacteur cinétique pour dévier un objet géocroiseur qui menacerait de s'écraser sur la Terre. Cette méthode consiste à modifier la trajectoire de l'astéroïde en lançant un engin spatial à une vitesse de quelques kilomètres par seconde. De toutes les méthodes c'est celle qui est la plus mature car elle repose sur l'utilisation des technologies d'engin spatial disponibles et peu coûteuses. Pour remplir cet objectif Hera doit déterminer[20] :
Hera a également de grands objectifs scientifiques. Il doit recueillir les caractéristiques des deux astéroïdes : caractéristiques de la surface, porosité interne et structure interne. En particulier, Hera sera la première mission à mesurer la structure de sous-surface et interne d’un astéroïde. Pour cela, elle utilisera le radar basse fréquence JuRA à bord du Cubesat Juventas (voir ci-après). L'ensemble de la lune, Dimorphos, sera cartographiée avec une résolution spatiale de quelques mètres et le voisinage de l'impact avec une résolution de 10 centimètres. La masse de la lune de Didymos sera estimée avec grande précision, permettant une estimation directe de l’efficacité du transfert de la quantité de mouvement consécutif à l'impact de DART[21].
La mission comprend également plusieurs objectifs technologiques. Le plus important est la réalisation d'un logiciel de guidage qui en utilisant les données de plusieurs capteurs permettra de reconstituer l'espace alentour et ainsi de définir de manière autonome une trajectoire sans danger autour de l'astéroïde[20]. Hera doit également embarquer deux CubeSats qui seront largués une fois l'astéroïde atteint. Ces CubeSats sont :
La mission américaine DART, lancée le 24 novembre 2021 à 06:21 UTC par un Falcon 9 depuis la Base de lancement de Vandenberg a atteint l'astéroïde binaire (65803) Didymos le 26 Septembre 2022, avec un impact à 23:16 UTC et l'entrée en collision avec son satellite Dimorphos à une vitesse relative d'environ 6 km/s. L'impact doit changer la période de rotation (11,9 heures) de Dimorphos autour de Didymos de 73 secondes minimum, ce qui devrait pouvoir être constaté par des télescopes terrestres.
Hera doit être lancée en octobre 2024 par une fusée Falcon 9 de l'agence spatiale Space X qui décollera depuis le Cap Canaveral et doit atteindre l'astéroïde binaire (65803) Didymos 4 ans après DART, précisément le 28 décembre 2026, pour un total de 6 mois d'investigations[23],[24]. Hera sera alors la première mission à effectuer un rendez-vous avec un astéroïde binaire. Une fois à proximité de l'astéroïde double, cinq étapes s'enchaîneront :
La mission Hera comprend le satellite principal éponyme et deux nano-satellites embarqués nommés Juventas et Milani (de type CubeSat).
Le satellite Hera est de forme cubique de 1,6 × 1,6 × 1,7 mètre et d'une masse d'environ de 1128 kg. Son énergie est fournie par des panneaux solaires d'une superficie de 13 m²[25],[26]. Il comprend une liaison inter-satellitaire afin de communiquer avec les deux nano-satellites.
Le satellite est stabilisé sur 3 axes. L'attitude est maintenue par 4 roues de réactions, des gyroscopes, des viseurs d'étoiles, des capteurs solaires ainsi que deux Asteroid Framing Cameras (AFC) - des caméras de cadrage astéroïdes[27]. Le guidage de l'attitude passe par le Planetary Altimeter (PALT) - un altimètre planétaire[28].
Les instruments principaux de Hera sont les deux caméras AFC (Asteroid Framing Cameras), développées par la société JenaOptronik. Identiques et redondantes, elles disposent chacune d'un capteur panchromatique FaintStar de 1020 x 1020 pixels avec un téléobjectif. Le champ de vue est de 5,5 x 5,5 degrés et la résolution spatiale atteint un mètre à une distance de 10 kilomètres. Ces caméras doivent fournir des caractéristiques physiques de la surface de l'astéroïde Didymos et de Dimorphos ainsi que du cratère créé par DART et de la zone d'atterrissage de Juventas[29],[30],[31].
Hyperscout-H (Hyperspectral Imager) est un imageur hyperspectral qui doit fournir des images dans une plage spectrale comprise entre 665 et 975 nm (visible et proche infrarouge). L'instrument fait ses observations dans 25 bandes spectrales distinctes. Il est développé par la société Cosine[30],[31]. Il s'agit d'une version spécifique développée pour Hera, différente de l'Hyperscout standard.
PALT (Planetary Altimeter) est un altimètre micro-Lidar utilisant un laser émettant un rayon lumineux infrarouge à 1,5 micromètre. Sa trace au sol est de 1 mètre à une altitude de 1 kilomètre (1 milliradian). La précision de la mesure d'altitude est de 0,5 mètre. Sa fréquence est de 10 hertz[30].
TIRI (Thermal InfraRed Imager) est un imageur fonctionnant dans l'infrarouge thermique qui est fourni par l'agence spatiale japonaise. La plage spectrale observée est comprise entre 7 et 14 micromètres et il dispose de 6 filtres. Son champ de vue est de 13,3 x 10,6°. La résolution spatiale est de 2,3 mètres à une distance de 10 kilomètres[30],[31].
La masse des deux astéroïdes composant le système binaire, les caractéristiques de leur champ de gravité, leur vitesse de rotation et leurs orbites seront mesurées en utilisant les perturbations des ondes radio provoquées par l'effet Doppler. Les mesures portent sur les échanges radio entre Hera et les stations terriennes mais également entre Hera et les CubeSats. Du fait de l'orbite basse sur lesquels circuleront les CubeSats, ces dernières mesures sont cruciales pour déterminer la gravité de Didymos[30],[31].
Caractéristique | AFC | Hyperscout-H | PALT | TIRI |
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Type | Imageur visible | Spectro-imageur | Altimètre | Imageur infrarouge thermique |
Masse (kg) | <1,5 | 5,5 | 4,5 | <4,4 |
Champ de vue (degrés) | 5,5 | 15,5 x 8,3 | non-applicable | 13,3 x 10 |
Résolution spatiale (microradians) | 94,1 | 133 | 1000 | 226 |
Bande spectrale (nanomètres) | 350-1000 | 665-975 | 700-1400 | |
Autres | 25 bandes spectrales | précision verticale : 0,5 m. | 6 filtres | |
Consommation électrique (Watts) | <1,3 | 2,5 (moyenne) - 4,5 (pic) | <14,5 | 20 (moyenne) - <30 |
Deux nano-satellites de type CubeSat, baptisés Milani et Juventas, sont transportés par Hera et largués avant l'arrivée dans le système astéroïdal (65803) Didymos. Ils sont chargés d'effectuer des investigations qui viennent compléter celles de leur vaisseau porteur.
Les deux CubeSats sont construits autour d'une plateforme similaire. Ce sont des CubeSats 6U-XL d'une masse (ergols compris) d'environ 12 kilogrammes. Ils sont stabilisés 3 axes et disposent d'un système de propulsion à gaz froid. Ils communiquent avec le vaisseau mère en bande S. L'effet Doppler affectant les liaisons radio est utilisé pour mesurer les caractéristiques du champ de gravitation du système binaire. Ils disposent d'une caméra en lumière visible et de viseurs d'étoiles qui sont utilisés pour déterminer les variations dynamiques de Didymos. Enfin les deux CubeSats sont équipés d'accéléromètres qui seront utilisés pour déterminer les propriétés de la surface de Dimorphos si les CubeSats se posent à sa surface comme cela est envisagé à la fin de leur mission. Juventas est développé par la société Gomspace tandis que Milani est réalisé par Tyvak International[32],[33]
Le CubeSat Milani a pour objectif de réaliser des images et de mesurer les caractéristiques de la poussière potentiellement présente. Il doit cartographier les deux astéroïdes formant l'astéroïde binaire (65803) Didymos, caractériser leur surface, évaluer les effets de l'impact de DART, contribuer aux mesures du champ gravitationnel des astéroïdes et déterminer les caractéristiques des nuages de poussière potentiellement situés autour des astéroïdes[32]. Son nom est un hommage à Andrea Milani Comparetti, mathématicien et astronome[34].
Pour remplir ces objectifs il emporte deux instruments[35],[32] :
Juventas a pour objectif de déterminer les caractéristiques géophysiques de Dimorphos. Il doit cartographier son champ de gravité et déterminer sa structure interne ainsi que les caractéristiques de sa surface[33].
Pour remplir ces objectifs il emporte les instruments suivants[36],[37],[33] :