PSYSHÉ
Psyché est la quatorzième mission spatiale du programme Discovery de la NASA. Cette mission doit étudier l’astéroïde métallique Psyché, qui pourrait être pour partie le vestige du noyau ferreux d'une ancienne protoplanète issu d'une violente collision avec un autre objet, lequel aurait arraché ses couches externes. L'objectif scientifique de la mission est d'identifier les caractéristiques (formation, composition et évolution) de cet astéroïde atypique et de collecter des données sur le processus de formation des noyaux planétaires et plus globalement du Système solaire.
Les protoplanètes se forment à cause des collisions qui se produisent entre les différents corps planétésimaux pouvant aller jusqu'à 1 kilomètre de diamètre qui s’attirent en raison de la gravité. Selon la théorie de la formation des planètes, chaque orbite des protoplanètes est légèrement perturbée par l'interaction avec les autres protoplanètes, perturbant leur équilibre instable jusqu'à ce que d'autres collisions se produisent. La protoplanète "nettoie" ainsi la proximité de son orbite, ainsi que sa propre orbite où d'autres protoplanètes peuvent se former sur les points de Lagrange. Ce processus finit par former des planètes.
PDS 70, première protoplanète directement photographiée
Pour répondre aux contraintes de coût des missions Discovery (plafond de 710 millions d’euros hors coût de lancement), le corps de la sonde spatiale dérive d'une plateforme de satellites de télécommunications. Celle-ci inclut une propulsion à effet Hall, dont ce sera la première utilisation sur une mission interplanétaire. Pour remplir ses objectifs, la sonde spatiale emporte trois types d'instruments : deux imageurs, des spectromètres gamma et à neutrons et un magnétomètre. La sonde spatiale servira également de test pour des essais de télécommunications optique avec la Terre via un laser.
Les télécommunications optiques spatiales sont une catégorie de télécommunications spatiales reposant sur l'utilisation de laser pour la transmission des données. Cette technique permet d'accroitre considérablement le débit par rapport aux liaisons radio tout en réduisant la puissance électrique nécessaire. L'utilisation du laser dans ce contexte se heurte toutefois à la nécessité d'un pointage extrêmement précis depuis un support se déplaçant éventuellement à grande vitesse par rapport au récepteur et lorsque ce dernier se trouve au sol à des problèmes de transparence de l'atmosphère. Les télécommunications optiques spatiales font l'objet de nombreuses expérimentations depuis le début des années 2000. Le recours au laser vise à répondre à différents contextes : croissance du volume des données transmises par les instruments embarqués sur les satellites de plus en plus puissants, éloignement de l'engin spatial de la Terre, exigences croissantes des consommateurs. Les applications étudiées portent sur les liaisons entre satellite et station au sol, entre satellite en orbite basse et satellite géostationnaire jouant le rôle de relais, entre satellites en orbite basse et entre sondes spatiales circulant dans le système solaire et les stations sur Terre.
Le propulseur à effet Hal
La différenciation planétaire est dans le domaine des sciences planétaires le processus par lequel l'intérieur d'un corps massif (planètes, (planètes naines, certains satellites comme la Lune, …) se structure en couches de différentes densités. Ce processus, qui se produit durant la formation du corps céleste, résulte de l'échauffement des matériaux provoqué par la désintégration des éléments radioactifs, l'énergie libérée par les chocs avec d'autres corps, nombreux au début de la formation du Système solaire, et la pression exercée par la force de gravitation. La température qui dépasse les 1000 degrés entraîne la fusion des matériaux. Ceux-ci devenus liquides s'enfouissent à une profondeur qui dépend de leur densité. La couche la plus profonde est constituée généralement par un noyau de fer et de nickel. Celui-ci est animé de mouvements créant une dynamo qui génère un champ magnétique dipolaire. Avec le temps, la chaleur produite par les impacts se dissipe et les isotopes radioactifs se raréfient. Le corps céleste se refroidit. Lorsque le noyau métallique est complètement solidifié, le champ magnétique n'est plus généré et il ne subsiste plus qu'un champ magnétique rémanent, faible et diffus. C'est le cas de Mars, de la Lune et de Mercure.
la naissance d'une planète
L'astéroïde Psyché
(16)Psyché est un astéroïde de grande taille situé dans la ceinture d’astéroïdes entre les planètes Mars et Jupiter. Son orbite, qu'il parcourt en cinq années terrestres, se situe à entre 2,5 et 3,3 unités astronomiques du Soleil. Compte tenu de son éloignement, la communauté scientifique ne dispose que de photos et d'images radar floues de quelques pixels, mais celles-ci ont permis de déduire ses dimensions approximatives : 279 × 232 × 189 km. Sa masse a été calculée par astrométrie, c'est-à-dire en mesurant l'influence de l'astéroïde sur l'orbite d'autres corps de taille réduite passant à proximité. Du fait de la difficulté des mesures, les estimations de la masse et donc de la densité ont beaucoup évolué au cours des décennies 2000 et 2010. Alors qu'initialement une densité d'environ 8 était avancée, en faisant un astéroïde entièrement composé de métal, les estimations actuelles situent sa densité entre 3,4 et 4,1, une valeur déjà observée pour des astéroïdes rocheux. La proportion de métal pourrait être comprise entre 30 et 60 %, en partant de l'hypothèse que la porosité ne dépasse pas 20 % et que les autres composant sont des silicates faiblement chargés en fer. Psyché est le plus massif des astéroïdes de type M et c'est également l'astéroïde le plus volumineux de la famille de Thémis connu à ce jour
Les astéroïdes de type M sont des astéroïdes dont la composition est partiellement connue ; ils sont modérément brillants (aldébo 0,1–0,2). Certains, mais pas tous, sont faits de nickel-fer, soit pur, soit mélangé avec de petites quantités de roches. On pense qu'ils sont les morceaux du noyau métallique d'astéroïdes différenciés qui ont été fragmentés par des impacts, et sont supposés être la source des météorites de fer. Les astéroïdes de type M sont le troisième type d'astéroïdes le plus courant.
Objectifs de la mission
La mission Psyché doit traiter les questions scientifiques suivantes:
Un modèle 3D de (16) Psyché à partir de données des variations de luminosité.
Psyché utilise des propulseurs à effet Hall russes SPT-140 qui éjectent du xénon. L'énergie est fournie à ces moteurs par deux ensembles de panneaux solaires: les 75 m² de cellules solaires fournissent environ 20 kW au niveau de l'orbite terrestre et encore 2,4 kW à 3,3 unités astronomiques du Soleil. Jusqu'à 2,1 unités astronomiques du Soleil, ils permettent de faire fonctionner le propulseur à effet Hall à pleine poussée. Les panneaux solaires sont orientables. Une fois déployés ils portent l'envergure de la sonde spatiale à 24,7 mètres pour 7,34 mètres de largeur. Pour remplir sa mission la sonde spatiale embarque environ 900 kg de xénon et sa masse totale au lancement en 2023 est de 2 870 kg, dont moins de 70 kilogrammes pour la charge utile. Le corps central de la sonde spatiale dans laquelle se trouvent principalement les instruments, les réservoirs d'ergols, le système de propulsion et les systèmes de télécommunications, de contrôle d'attitude et de guidage mesure 3,1 mètres sur 2,4 mètres.
La sonde spatiale est stabilisée 3 axes à l'aide de quatre roues de réaction. L'attitude et la vitesse de l'engin spatial est déterminée de manière classique par des viseurs d’étoiles, des capteurs solaires, des gyrocopes, une centrale à inertie. Des propulseurs à gaz froids puisant dans le réservoir de xénon de la propulsion principale sont utilisés pour maintenir le pointage des panneaux solaires vers le Soleil en cas de passage en mode survie. Pour les communications avec la Terre la sonde spatiale dispose d'un émetteur radio d'une puissance de 100 watts qui communique en bande X via une antenne parabolique grand gain fixe de deux mètres de diamètre. Trois antennes à faible gain fournissant une couverture complète du ciel peuvent être utilisées en mode survie.
Schéma de la sonde spatiale Psyche :
1 Propulseurs à effet Hall DSM -
2 Système de télécommunications optique DSOC -3 Viseurs d'étoiles
4 Antenne faible gain
6 Antenne parabolique grand gain bande X -7 Spectromètre à neutrons
10 Panneau -Y - 11
12 Pont supérieur –
13 Panneau +Y
14 Imageurs (x2).
Psyché doit être lancée en vers octobre 2023 par une fusée Falcon Heavy qui emportera également deux sondes spatiales identiques Janus chargées d'étudier des astéroïdes binaires. Psyché (sonde) utilise sa propulsion électrique en continu pour modifier son orbite afin de s'éloigner du Soleil et rejoindre l'orbite de Psyché située à environ trois UA du Soleil. Durant les quatre premiers mois, la propulsion est utilisé pratiquement à pleine puissance (80-90 %), puis la poussée est maintenue à environ 50 % jusqu'à l'insertion en orbite autour de Psyché. Elle n'est brièvement interrompue que durant le survol de la planète Mars.
PSYCHE - Voyage au centre de la Terre
Le désordre s’intégrait à l’ordre; le changement faisait partie d’un plan que l’astronome était capable d’appréhender d’avance; l’esprit humain révélait ici sa participation à l’univers par l’établissement d’exacts théorèmes comme à Eleusis par des cris rituels et des danses.
Marguerite Yourcenar
PSYSHÉ