Gravitation - Missions spatiales

SOHO-CLUSTER et le chant d'Hélios

Pour son bis,
le quatuor devient PHENIX

SOHO

Le poster édité pour la mission SOHO-CLUSTER (© ESA/NASA)

Pierre angulaire du programme " Horizon 2000 " de l'Agence Spatiale Européenne, le projet SOHO-CLUSTER (SOHO: Solar Heliospheric Observatory) s'inscrit dans l'étude des relations Soleil-Terre. Il est consacré à l'étude du Soleil, de son activité physique interne, de la variation de la propagation d'ondes de pression, de sa composition chimique, de sa température et même de la vitesse de rotation à l'intérieur du Soleil, ce qu'on appelle l'héliosismologie, de manière à vérifier si notre étoile est conforme au modèle standard qu'on lui attribue.

SOHO est un projet mené en coopération internationale par l'ESA et la NASA. Le satellite a été conçu et réalisé en Europe, la NASA a fourni le lanceur et assure la conduite et le contrôle du satellite de son centre, le GODDARD SPACE FLIGHT CENTER, dans le Maryland. (Une présentation générale de la mission a été publiée dans " Le Ciel " de décembre 1995)

La mission CLUSTER comprend quatre petits satellites devant être placés au-dessus des pôles de la Terre, à environ une trentaine de rayons terrestres. Ils ont pour missions d'étudier la magnétosphère et l'héliosphère dans les zones polaires et d'effectuer des mesures de ces phénomènes de physique des plasmas (plasma: stade de l'état fluide de la matière après le stade gazeux) dont la magnétosphère est l'objet lorsqu'elle est soumise à un flux de particules et à des variations importantes de l'activité solaire.

Elle a constitué une grande première scientifique et industrielle, à savoir la construction de quatre satellites identiques et leur exploitation simultanée. L'ESA a recouru à quinze sociétés européennes. Deux cents chercehurs d'Europe ont collaboré à la mise au point des instruments scientifiques. D'autre, de la Chine au Canada, de Russie, d'Inde, d'Israël, des USA se sont joints à eux, faisant de ce projet l'un des plus internationaux qui soit pour l'étude des relations Soleil-Terre.

EIT et les promesses tenues

Lancé avec succès le 2 décembre 1995 par une fusée Atlas 2AS depuis le Centre spatial Kennedy en Floride, le satellite SOHO fut placé sans problème, après quatre mois de pilotage, sur sa position de travail autour du premier point de Lagrange du système Terre-Lune/Soleil, à environ 1,5 million de kilomètres de la Terre, c'est-à-dire là où la force de gravitation de la Terre et celle de notre étoile s'équilibrent, une sorte de " point fixe " d'où le Soleil est visible 24 h sur 24. L'observatoire européen est arrivé à son poste de travail le 14 mars 1996, deux semaines plus tôt qu'il n'était initialement prévu. Par une heureuse coïncidence, c'est la date du dixième anniversaire d'un autre exploit spatial: la rencontre de la sonde Giotto de l'ESA avec la comète de Halley.

Depuis, SOHO poursuit sa croisière en décrivant une trajectoire en ellipse autour de cette position idéale avec un périgée de 200 000 km pour une apogée de 600 000 km et offre aux scientifiques un véritable laboratoire spatial sans précédant. La réalisation de SOHO a d'ailleurs constitué un petit défi. Deux tonnes de haute technologie pour 4 mètres de hauteur: " SOHO est l'un des satellites scientifiques les plus complexes en Europe " de l'aveu même de Roger-Maurice Bonnet, directeur scientifique de l'ESA, soulignant l'importance de la " douzaine d'expériences extrêment sophistiquées " embarquées à bord de la sonde, dont " quatre sont plus volumineuse qu'une cabine téléphonique " et ceci pour une qualité de mesure qui a exigé " des précautions de propreté drastiques impliquant plusieurs nettoyages complets, à la main, poussière par poussière, du satellite chez le constructeur Matra, à Toulouse ".

Et d'ajouter: " Chacun de ces instruments autoriserait à lui seul des avancées majeures dans notre connaissance du Soleil. Ce qui fait de SOHO une mission passionnante, c'est que tous ses instruments travaillent ensemble et nous permettent de découvrir les relations qui peuvent exister entre les phénomènes variés se produisant dans les différentes couches du Soleil et dans le milieu interplanétaire ".

L'une de douze expériences n'est autre que EIT, un télescope imageur dans l'extrême ultraviolet (Extreme Ultra-Violet Imaging Telescope) comportant un télescope Ritchey-Chrétien muni de filtres particuliers et un détecteur CCD spécialement adapté pour les images dans l'ultraviolet. La réalisation de cet instrument a associé des laboratoires belges, français et américains, le maître d'oeuvre belge étant le Centre spatial de Liège (Université de Liège), en collaboration avec l'Observatoire Royale de Belgique à Uccle. L'entreprise Spacebel Instrumentation (Liège) a construit la structure du télescope, pour lequel les Français ont fourni le système optique et les Américains l'électronique. La réalisation a été financée conjointement par l'Etat belge (Service fédéraux des Affaires scientifiques, techniques et culturelles) à 80% et la Direction générale des technologies, de la recherche et de l'énergie (Dgtre), à 20%.

Précisons que dans le cadre de ce programme EIT, les responsabilité du Centre spatial de Liège ont été axées sur les tâches de coordination du projet vis-à-vis de l'ESA; de conception, de développement et de fabrication de la structure mécanique du télescope; de qualification du télescope par des tests d'ambiancce et fonctionnels; de l'étude des instruments de support au sol. Spacebel fut plus spécialement impliquée dans la définition de l'architecture de l'instrument, la réalisation de la structure mécanique du télescope, les mécanismes de la porte, l'interface mécanique avec le satellite, et le contrôle thermique actif. Les données collectées par EIT sont traitées et interpétées à Bruxelles par l'Observatoire d'Uccle.

EIT dont la mission est d'enregistrer des images de l'activité solaire dans l'ultraviolet ( du disque solaire et de la couronne proche dans une gamme de longueurs d'onde correspondant à l'émission d'atomes coronaux ionisés) constitue une expérience de base du programme SOHO dans la mesure où les informations qu'il fournit sont utilisées pour les autres expériences à bord du satellite.

Les informations collectées depuis le lancement de SOHO n'ont fait que confirmer la prédiction de Martin C.E. Huber, chef du Département des Sciences spatiales de l'ESA: " Les spécialistes de la physique solaire n'ont encore jamais disposé d'un observatoire aussi complet, leur donnant littéralement accès à la totalité du Soleil ".

En effet, malgré la complexité de sa charge utile, SOHO tient toutes ses promesses. L'ESA égrenne des communiqués plus enthousiastes les uns que les autres: " SOHO révèle l'existence d'une activité violence sur un Soleil calme. ", " SOHO à l'aube d'une révolution dans la connaissance du Soleil ", " SOHO: premier anniversaire dans l'espace et nouvelles données sur le vent solaire ", " Le Soleil tel que vous ne l'avez jamais vu ", " De l'oxygène à 100 millions de degrés dans la couronne solaire: encore une découverte surprise signée SOHO "... Sa moisson dépasse déjà tous les espoirs, et tout ce que la physique du Soleil compte de spécialistes est à la fête. Nous nous promettons bien d'y revenir pour en présenter un inventaire plus en détail.

Le poids économique dans l'enjeu scientifique

Pourtant, la fête devait avoir une ombre, et une fameuse.

La flotille des quatre satellites jumeaux de la mission CLUSTER a été dévolue comme mission de choix et de confiance au le vol inaugural d'Ariance 5. Le nouveau lanceur lourd avait à placer en orbite une cargaison de très haute valeur scientifique , celle de ce quatuor de l'ESA destiné à mesurer pour la première fois en trois dimensions et avec une très grande précision les phénomènes extraordinairement dynamiques auxquels donnent lieu la rencontre des vents solaires et de l'environnement proche de la Terre.

Enjeu majeur pour les activités spatiales de l'Europe, le premier vol d'essai du lanceur Ariance 5 eut lieu le 4 juin 1996 au Centre spatial européen de Kourou en Guyane française. 39 secondes après la mise à feu, elle partait en fumée cousant la stupeur et la consternation de tous les techniciens et observateurs présents, et avec elle disparaissait sa précieuse charge utile scientifique de 4,8 tonnes et quinze années de travail acharné ayant nécessité un investissement de 2,7 milliards de FF. Et comme la plupart des satellites scientifiques, les quatre CLUSTER n'étaient pas assurés, par souci d'économie. Résultat d'une politique devenue trop spécifiquement économique et industrielle, la pauvreté coûte cher! (Actuellement, le lancement d'une seconde Ariane 5 (vol502) qui doit assurer la validation de la fusée est prévu en septembre prochain).

La communauté scientifique ne s'est pas résolue à abandonner ce projet. Et l'idée d'un sauvetage de CLUSTER, la mission de physique des plasmas la plus ambitieuse du siècle, s'imposa. Cette volonté fut confirmée, dès septembre, par Jean-Marie Luton, directeur général de l'ESA, à l'occasion du salon de Farnborough où l'ESA tenait le " Pavillon de l'espace ", avec l'idée d'utiliser le cinquième CLUSTER (satellite de réserve en pièces détachées), rebaptisé PHENIX pour la circonstance, avec trois autres petits satellites identiques aux modèles d'origine, soit avec trois nouveaux mini-satellites à construire et dont la charge utilite restait à définir.

Autre problème: le coût. Le financement devait être trouvé dans le budget actuel de l'ESA. Gros problème. Il faut en effet savoir que les instruments scientifiques du programme CLUSTER n'étaient pas financés par l'Agence, mais bien par les Etats qui devraient donc financer une nouvelle charge utile.

Le comité du programme scientifique (SPC) devait prendre une décision définitive sur le plan complet de sauvetage de la mission au cours de sa réunion des 6 et 7 novembre. Ce plan fut effectivement approuvé. Restait le financement à décider par les quatorze pays membres de l'Agence et à vaincre les réticences de certains. Nous passerons sur les péripéties qui en disent long sur le poids que les contraintes budgétaires font désormais peser sur les programmes spatiaux, sans compter les répercussions de cette dépense supplémentaires sur l' ensemble des autres programmes scientifiques.

Le Comité du programme scientifique de l'ESA, réuni le 3 avril dernier, a pris sa décision de lancer à nouveau une mission CLUSTER complète à la mi-2000. Les sondes, PHENIX et trois autres identiques, seront lancées en deux paires par deux lanceurs russes Soyoux à la mi-2000, * avec un bref intervalle, afin de respecter les impératif de la mission en termes d'orbite. Les lanceurs seront approvisionnés via le consortium STARSEM, entreprise commune franco-russe.

Cette dépense supplémentaire pour sauver la mission d'étude des relations Soleil-Terre provoquera des retards dans les autres missions scientifiques postérieures à celles qui sont en cours d'exécution. Cependant, ce sacrifice permettra pourtant de réaliser l'intégralité du programme scientifique Horizon-2000.

Une place à redéfinir dans la polyphonie spatiale

Les quatre satellites perdus avaient un rôle irremplaçable à jouer au sein d'un vaste projet, l'ISTP (International Sonar and Terrestrial Program). SOHO-CLUSTER était intégré dans un projet international sous la coordination du Group consultatif inter-agences pour la science spatiale et pour lequel plusieurs missions conjointes étaient organisées.

Les quatres satellites CLUSTER devaient travailler de concert avec deux véhicules spatiaux de la NASA, WIND et POLAR, ainsi qu'avec un satellite américano-japonais dénommé GEOTAIL, cet ensemble devant être complété par deux véhicule spatiaux de l'Institut de Recherches spatiales de l'Académie des sciences de Moscou. Le projet CLUSTER-2 ne trouve tout son intérêt qu'avant l'an 2000 pour fonctionner en conjonction avec ces autres missions. Reste donc à préciser la place que pourra encore assurer ce nouveau projet dans l'exécution de cette polyphonie spatiale.

L'enjeu peut être facilement résumé. La mission CLUSTER est destinée à comprendre précisément comment le bouclier magnétique terrestre interagit avec le flot du vent solaire et tenter d'identifier les mécanismes de transport de matière et de propagation d'énergie impliqués et ainsi tenter de voir si les conséquences des orages magnétiques peuvent être prévus à l'avance.

Dotés d'instruments de mesure ultrasensibles, utilisant les technologies les plus récentes, les quatre satellites offriront pour la première fois des mesures simultanées depuis quatre points différents de l'espace permettant de séparer les évolutions de la structure du bouclier magnétique terrestre, à la fois dans l'espace et dans le temps.

Les mesures offriront par conséquent une description tridimentionnelle de l'évolution temporelle, du système de gaz, de courants et de champs en perpétuel mouvement d'où les scientifiques espèrent enfin retirer une connaissance plus précise de l'environnement électromagnétique de notre planète.

En attendant, les douze instruments embarqués à bord de l'observatoire européen SOHO étudient en temps réel le Soleil depuis ses profondeurs jusqu'au vent solaire qui baigne tout le Système solaire. Ils écoutent même les sons qui, à la façon de notes de musique, naissent au coeur de notre étoile en enregistrant leurs vibrations au moment où ils atteignent sa surface.

Même si le quatuor Cluster n'est pas là pour nous bercer avec les mélodies d'Hélios (c'est une tâche de SOHO), il méritait bien un bis et un nom aussi évocateur que celui de PHENIX.

Pierre Bastin

(Cet article a été publié dans la revue "Le Ciel", bulletin de la Société astronomique de Liège, de juin 1997)


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