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Anticiper une collision… à 70 km/s

Research Topic Chapter
News flash intro
L’IASB construit les capteurs de champ électrique pour la mission Comet Interceptor de l’ESA, dont l’objectif est d'étudier une comète dans son état d'origine, c.à.d, entrant dans les régions internes du système solaire pour la première fois. Afin de respecter les limitations de masse de la sonde spatiale, ces capteurs doivent être très légers et sont donc construits en aluminium de seulement 0,3 mm. Mais une question se pose: ces capteurs délicats survivront-ils au survol de la comète alors que la sonde file à travers le nuage de particules de poussière éjectées par la comète à des vitesses pouvant atteindre 70 km/s?
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La mission Comet Interceptor

L'Agence spatiale européenne prépare la mission Comet Interceptor qui effectuera un survol d’une comète. Après la rencontre de Rosetta avec la comète 67P / Churyumov-Gerasimenko, il reste encore beaucoup à apprendre sur les comètes! Alors que 67P est une comète ayant une activité modérée et qui a déjà passé un certain temps dans le système solaire interne, il est temps d’aller à la rencontre d’une «nouvelle» comète, qui entre pour la première fois dans le système solaire interne.

La sonde spatiale sera en attente dans l'espace (autour du point Soleil-Terre L2) jusqu'à ce qu’un des télescopes de surveillance sur Terre (par exemple, le LSST) détecte une nouvelle comète qui est encore loin du Soleil. À ce stade, Comet Interceptor commencera sa phase de croisière vers un point de rencontre près de l’orbite terrestre. Il s'agira d'une mission de survol, dans laquelle la vitesse relative entre la comète et la sonde spatiale sera comprise entre 10 et 70 km/s.

Les sondes de Langmuire de COMPLIMENT

Une « nouvelle » comète devrait être très active, avec un environnement complexe de poussière, de gaz, et de plasma, et en fait assez différente de 67P. Comet Interceptor sera composé d'un satellite principal et de deux petits satellites qui seront libérés en approchant de la comète, permettant pour la première fois des mesures multipoints d’une comète.

L'un des instruments à bord de la sonde mère est COMPLIMENT, une paire de capteurs de champ électrique. Chaque capteur est une sphère en aluminium de 8 cm de diamètre, montée sur un mât de 1 mètre. Ils mesureront le champ électrique et des ondes qui se produisent naturellement dans le plasma. L'instrument déterminera également certaines des caractéristiques du plasma. L’IASB construit ces capteurs, tandis que nos collègues du LPC2E (Orléans, France) et de l'IRF (Uppsala et Kiruna, Suède) s'occupent de l'électronique.

Risque d'impact de poussière

La comète croisera Comet Interceptor à grande vitesse. Les particules de poussière libérées par la comète créeront des impacts sur la sonde spatiale et sur les capteurs de COMPLIMENT. Un impact à haute vitesse libère tellement d'énergie cinétique qu'il peut créer des dégâts importants.

Nous avons développé un modèle qui estime les dommages accumulés pendant le survol. En frappant les parois de la sphère de la sonde, de très petites particules (< 0,001 mm) peuvent créer de minuscules marques peu profondes. Le grain qui heurte la sphère et le matériau qui en est expulsé se vaporisent et créent un petit nuage de plasma, qui peut être mesuré - ce qui est scientifiquement intéressant, car COMPLIMENT peut ainsi fournir des mesures de la distribution de la taille de ces petits grains.

Des particules plus grosses (> 0,050 mm) peuvent percer les parois de la sphère, dégradant le fonctionnement de la sonde. Des particules encore plus grosses peuvent être fatales. Le risque dépend:

  • du nombre et de la taille des poussières
  • de la vitesse
  • de la distance de survol.

Cette dernière sera choisie pour garantir la survie de la sonde spatiale, mais on souhaite évidemment se rapprocher de la comète pour obtenir des images détaillées et pour échantillonner l'environnement proche de la comète.

Perspectives

Des améliorations du modèle d'impact des poussières seront nécessaires pour préparer les opérations scientifiques de l'instrument et pour évaluer les chances de survie des capteurs.

Pour en savoir plus?

Snodgrass, C., and Jones, G.H. (2019). The European Space Agency’s Comet Interceptor lies in wait. Nature Communications, 10, A5418. https://doi.org/10.1038/s41467-019-13470-1 Open Acces Logo

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Figure 1 Concept de la mission Comet Interceptor: voyage vers une comète « fraîche » (Credit: Snodgrass & Jones/Nat Commun)
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Figure 2 Vue de dessus d'un capteur COMPLIMENT montrant les dommages accumulés attendus après un survol à 70 km/s d'une comète avec une production de poussière de 1000 kg/s et à une distance de 1000 km. Cliquez ici pour voir une animation. (Crédit: IASB)