Menée par l'Agence spatiale européenne et son homologue japonaise (JAXA), cette mission vise à envoyer deux sondes spatiales vers Mercure pour étudier la plus petite planète du système solaire et également la moins explorée.
Sept ans. C'est la durée du très long périple, complexe et aventureux, du satellite BepiColombo et ses deux sondes MPO (Mercury Planetary Orbiter) et MMO (Mercury Magnetospheric Orbiter) pour parcourir 8,5 milliards de kilomètres et arriver en orbite autour de la planète Mercure en 2025. Menée conjointement par l'Agence spatiale européenne (ESA) et son homologue japonaise, la JAXA, cette mission vise à envoyer les deux sondes spatiales solidaires vers Mercure, la plus petite planète du système solaire et également la moins explorée. Car Mercure est une planète d'extrême et de mystères.
BepiColombo file à une vitesse de 120.000 km/h
C'est dans la nuit du 19 au 20 octobre 2018, qu'Ariane 5 ECA a parfaitement réussi sa mission de lancement depuis le Centre Spatial Guyanais (CSG). Le lanceur a placé sur une orbite hyperbolique de libération, la sonde BepiColombo d'une masse au décollage de 4 tonnes. Une mission en hommage au mathématicien et ingénieur italien du XXe siècle, Giuseppe (Bepi) Colombo (1920-1984). Elle a été développée et conçue par Airbus Defence and Space dans le cadre d'un consortium rassemblant 83 entreprises issues de 16 pays différents. C'est le septième lancement de 2018 au CSG, le cinquième de l'année pour Ariane 5, qui a effectué avec cette mission son 101ème lancement.
Pour cette mission particulièrement complexe, Ariane 5 a libéré BepiColombo de l'orbite terrestre pour le placer sur sa trajectoire de transfert dans le système solaire vers Mercure en lui communiquant une vitesse absolue de 10,99 km/s (39.570 km/h), soit 1,15 km/s (4.140 km/h) de plus que pour l'orbite habituelle de transfert vers la position géostationnaire. Cette mission profite de la première application de l'augmentation de débit du moteur Vulcain 2 (+ 2,25%), décidée dans le cadre de l'amélioration de la performance du lanceur européen. Ariane 5 ECA a lancé "Bepi" à une vitesse supérieure à la vitesse dite de libération, nécessaire pour échapper à l'attraction terrestre afin d'injecter la sonde sur une orbite solaire similaire à celle de la Terre, à une vitesse de croisière d'environ 120 000 km/h.
Un périple extraordinaire
Le Centre européen d'opérations spatiales (ESOC) de Darmstadt, en Allemagne, a défini une trajectoire astucieuse dans le système solaire interne. Il activera les 'freins' de la sonde dès 60 jours après son lancement pour réduire sa vitesse : grâce à l'utilisation d'un système de propulsion électrique et à neuf manœuvres d'assistance gravitationnelle (1 fois autour de la Terre en avril 2020, 2 fois autour de Venus et 6 fois autour de Mercure), BepiColombo disposera de suffisamment d'énergie. Au cours de ce long périple, jusqu'à deux des quatre moteurs ioniques au xénon fonctionneront simultanément. Ils seront mis à contribution pendant une durée totale de plus de 700 jours, dont jusqu'à quatre mois sans interruption. Les moteurs sont alimentés par deux générateurs photovoltaïques de 1,80 m de large et de 14 m de long. Le système de propulsion ionique, un autre système de propulsion chimique et les générateurs photovoltaïques sont installés à bord du module de transfert, Mercury Transfer Module (MTM), qui assurera la propulsion de la sonde lors de son voyage interplanétaire vers Mercure.
Pour effectuer son trajet de 8,5 milliards de kilomètres, soit l'équivalent de la distance aller-retour entre la Terre et Neptune, "Bepi" parcourra en fait 38 fois la distance maximale entre la Terre et Mercure. Au terme de sept ans de voyage et de 18 révolutions autour du Soleil, le module MTM sera éjecté. La sonde spatiale entrera ensuite dans l'orbite de Mercure et les deux orbiteurs pourront rejoindre leur orbite respective et commencer l'exploration scientifique de la planète.
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Des températures supérieures à 300 degrés
Peu de vaisseaux spatiaux ont étudié Mercure en raison de sa proximité avec le soleil. La sonde Mariner 10 de la Nasa, lancée sur Mercure en 1973, a cartographié environ 45% de la surface de la planète et 30 ans plus tard, en 2004, sa mission Messenger a achevé ce travail. Mercure est la planète la plus proche du Soleil : moins de 60 millions de kilomètres en moyenne, contre presque 150 millions de kilomètres entre la Terre et le soleil. Résultat, le rayonnement solaire en orbite autour de Mercure est dix fois plus intense qu'auprès de la Terre. La principale difficulté de la mission BepiColombo est donc de faire face à des températures très élevées qui ont nécessité le développement de technologies spéciales dédiées aux hautes températures.
"Toute grande mission nécessite de relever de grands défis : Airbus a dû, par exemple, développer des solutions de contrôle thermique sophistiquées et même des panneaux solaires 'sur mesure', capables de se détourner du Soleil en s'inclinant jusqu'à 75 degrés afin de limiter la température. Le défi maintenant est d'arriver sans encombre à destination et de nous fournir les données scientifiques que nous attendons tous", a expliqué le directeur général de SpaceSystems, Nicolas Chamussy.
La sonde spatiale devra résister à des températures supérieures à 300°C pendant sa mission à proximité de Mercure, avec des rayonnements locaux sur le réflecteur de l'antenne supérieurs à 400°C, tandis que l'électronique et les instruments du vaisseau spatial devront fonctionner à des températures comprises entre 0° et 40°. Pour les ingénieurs, il était donc nécessaire de développer des matériaux et des dispositifs spéciaux pour tous les éléments exposés, incluant les couvertures thermiques, le radiateur thermique, les antennes et les mécanismes de pointage. Thales Alenia Space (TAS), qui a coordonné un groupe industriel de 35 entreprises européennes, a développé les technologies clés relatives au contrôle thermique qui sont le véritable challenge de la mission.
Première mission européenne vers Mercure
Cette première mission européenne vers Mercure permettra de comprendre la manière dont la planète s'est formée, sa géologie, sa composition, son atmosphère et d'analyser son champ magnétique et sa magnétosphère pour mieux comprendre la formation et l'évolution des planètes internes, dont la Terre fait partie. Grâce notamment aux caméras embarquées, les deux sondes permettront également de réaliser une cartographie complète de Mercure. Au-delà, cette mission vise enfin à mieux comprendre comment le système solaire et les planètes telluriques se forment. La précédente mission Messenger de la NASA avait déjà démontré qu'elle est très différente de ce que les scientifiques s'attendaient à trouver pour une planète située à cet endroit. BepiColombo fournira des observations complémentaires à celles déjà recueillies par Messenger pour aider à résoudre les différentes questions scientifiques restant ouvertes.
La sonde BepiColombo ou MCS (Mercury Composite Spacecraft), dont le CNES a assuré la maîtrise d'ouvrage de la contribution instrumentale française, est formée des éléments MTM, MPO, MMO et MOSIF : le module MTM (Mercury Transfer Module) transportera les deux orbiteurs (MPO et MMO) jusqu'à leur destination finale tandis que le MOSIF (MMO Sunshield and Interface Structure) est chargé de protéger le MMO du soleil et de jouer un rôle d'interface entre le MMO et le MPO. Les deux orbiteurs fonctionneront d'eux-mêmes grâce à l'énergie solaire et à leur propre système de propulsion. L'orbiteur planétaire MPO, développé par l'ESA, étudiera la composition de la planète en se concentrant sur sa surface et son intérieur. Pour sa part, l'orbiteur magnétosphérique MMO, développé et construit par la JAXA, étudiera sa magnétosphère.
