Akatsuki (sonde spatiale)

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Akatsuki
Description de l'image Akatsuki-1.jpg.
Données générales
Organisation JAXA
Programme PLANET
Domaine Étude de l'atmosphère de Vénus
Type de mission Orbiteur
Statut Mission achevée
Autres noms Venus Climate Orbiter, VCO, Planet-C
Lancement depuis la base de lancement de Tanegashima
Lanceur H-IIA 202
Insertion en orbite
Fin de mission 18 septembre 2025
Identifiant COSPAR 2010-020D
Site JAXA
Caractéristiques techniques
Masse au lancement 518 kg (au lancement)
Propulsion 1xOME de 500 N. et 12xRCS de 23 N.
Ergols Hydrazine, peroxyde d'azote
Masse ergols 197 kg
Source d'énergie Panneaux solaires
Puissance électrique 500 W (au niveau de l'orbite de Vénus)
Données clés
Satellite de Vénus
Orbite Orbite équatoriale
Périapside de 1 000 à 10 000 km
Apoapside 370 000 km
Période de révolution ~9 jours
Inclinaison 3°
Principaux instruments
IR1 Caméra infrarouge
IR2 Caméra infrarouge
LIR Caméra infrarouge
LAC Caméra infrarouge
UVI Caméra ultraviolet
USO Radio occultation

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Akatsuki (en japonais あかつき, 暁, « Aube »), aussi nommée Planet-C et Venus Climate Orbiter ( « Orbiteur [pour l'étude] du climat de Vénus » ) est une sonde spatiale de la JAXA, l'agence spatiale japonaise, de type orbiteur dont l'objectif est d'étudier le climat de la planète Vénus. Akatsuki est la deuxième mission japonaise consacrée à l'étude du système solaire. Elle succède à la sonde spatiale Kaguya placée en orbite autour de la Lune en 2007, mais elle est beaucoup plus complexe. D'une masse de 518 kilogrammes au lancement elle emporte quatre caméras infrarouges et une caméra fonctionnant dans l'ultraviolet.

Akatsuki est lancée le par une fusée H-IIA type 202 depuis la base de lancement de Tanegashima. Le , sa manœuvre d'insertion en orbite autour de Vénus échoue à la suite d'une défaillance de sa propulsion. La sonde poursuit ensuite sa trajectoire sur une orbite héliocentrique. Bien que la sonde spatiale soit privée de sa propulsion principale, les opérateurs réussissent à la placer en orbite autour de Vénus 5 ans plus tard () en utilisant ses petits moteurs de contrôle d'attitude. L'orbite atteinte est toutefois trop haute et trop elliptique (environ 370 000 x 1 000 km), ce qui ne permet pas à Akatsuki de remplir l'ensemble de ses objectifs scientifiques. Néanmoins durant 10 ans, entre 2015 et 2025, la sonde spatiale parvient à recueillir des informations scientifiques de qualité sur l'atmosphère de la planète. La sonde spatiale européenne Vénus Express ayant épuisée en 2014 les ergols qui permettent de la maintenir en fonctionnement, elle est la seule sonde spatiale opérationnelle autour de Vénus. A la suite de la dégradation du fonctionnement de la sonde spatiale l'agence spatiale japonaise met fin officiellement à la mission le .

Objectifs

Article détaillé : Atmosphère de Vénus.
Caractéristiques tridimensionnelles de l'atmosphère de Vénus observées par les caméras de la sonde spatiale.

La sonde doit se placer en orbite autour de Vénus et étudier la dynamique de l'atmosphère de la planète et la super-rotation de la haute atmosphère. L'objectif central est de comprendre l'évolution du climat de Vénus en étudiant l'ensemble des mouvements qui se produisent au sein de l'atmosphère vénusienne. Par ailleurs, la sonde doit mesurer les températures atmosphériques, rechercher les indices d'activité volcanique et détecter d'éventuels éclairs et coups de tonnerre.

Pour remplir sa mission, la sonde doit circuler sur une orbite très elliptique de 80 000 × 300 km avec une inclinaison de 172° et une période de révolution de 30 heures. Il est prévu que la mission dure au minimum deux ans : la durée de vie du satellite est conditionnée essentiellement par celle des batteries.

Caractéristiques de la sonde

La sonde spatiale en salle blanche peu avant son lancement.
Schéma de la sonde spatiale montrant l'emplacement des principaux composants et des instruments.

Akatsuki, qui pèse 500 kg avec le carburant embarqué (320 kg à sec), a une forme parallélépipédique (1,04 mètre × 1,45 mètre × 1,4 mètre). Deux panneaux solaires, qui fournissent en tout 500 watts au niveau de l'orbite de Vénus en fin de mission, sont disposés à l'extrémité d'axes situés de part et d'autre du corps de la sonde et peuvent être orientés avec un degré de liberté. La sonde est stabilisée 3 axes grâce à 6 roues de réaction et 12 petits moteurs-fusées (RCS) monoergol brûlant de l'hydrazine dont 8 ont une poussée de 23 newtons et 4 une poussée de 3 N. La sonde spatiale utilise une centrale à inertie, des accéléromètres et des senseurs stellaires et solaires pour contrôler son orientation. Pour les corrections de trajectoire et les manœuvres à l'arrivée près de Vénus, la sonde dispose d'un moteur-fusée OME (Orbital Maneuvering Engine) de 500 newtons de poussée consommant un mélange d'ergols hypergoliques d'hydrazine et de peroxyde d'azote. Les télécommunications se font en bande X (émetteur de 20 watts) et utilisent une antenne grand gain fixe de 1,6 mètre de diamètre, deux antennes moyen gain et deux antennes faible gain.

Les instruments embarqués, qui représentent une masse de 35 kg, comprennent 4 caméras infrarouges et une caméra fonctionnant dans l'ultraviolet. Grâce à un choix précis des longueurs d'onde auxquelles les senseurs sont sensibles, chaque caméra permet d'étudier une strate particulière de l'atmosphère :

Le coût de développement d'Akatsuki est estimé à 25 milliards de yens, soit 230 millions d'euros.

Déroulement de la mission

Décollage de la H-IIA emportant Akatsuki, le 20 mai 2010.

Échec de la première mise en orbite autour de Vénus (mai-décembre 2010)

Akatsuki est la 7e sonde spatiale japonaise. Elle est lancée le par une fusée H-IIA depuis la Base de lancement de Tanegashima. Initialement, la sonde avait été conçue pour être lancée par une fusée M-V mais celle-ci a été retirée du service en 2006. Disposant d'une capacité supérieure au lanceur qu'elle remplace, la fusée H-IIA emporte également la voile solaire expérimentale IKAROS (315 kg) qui va suivre de manière pratiquement passive (la voile génère une poussée très faible) à peu près la même trajectoire vers Vénus. Elle embarque également quatre petits satellites développés par des universités japonaises (UNITEC-1, Waseda-sat2, KSAT et Negai) dans le cadre d'un programme de l'agence spatiale japonaise visant à promouvoir les activités spatiales. Une première manœuvre de correction de la trajectoire de la sonde (delta-v de 12 m/s) est effectuée avec le moteur-fusée OME le suivie d'une seconde en novembre. Le , la sonde utilise sa propulsion principal (moteur-fusée OME) pour se placer en orbite autour de Vénus mais la manœuvre échoue. Les données transmises par la sonde indiquent que la pression dans le réservoir a commencé à chuter en dessous de sa valeur nominale dès que le moteur a été mis à feu. La poussée du moteur s'est progressivement réduite jusqu'à perturber l'orientation de la sonde au bout de 2 minutes et 23 secondes entraînant la coupure volontaire de la propulsion. La durée de la phase propulsive programmée était de 12 minutes. Les responsables de l'agence japonaise émettent l'hypothèse que le système qui maintient en pression les réservoirs, qui repose sur l'injection d'hélium stocké sous haute pression, n'a pas fonctionné. L'origine de l'anomalie est due sans doute au mauvais fonctionnement d'une vanne amenant l'oxydant. Du fait d'un mauvais ratio du mélange carburant/oxydant, la tuyère recouverte de céramique a subi des températures plus élevées que prévu durant la mise en marche du moteur et a sans doute été endommagée, . Selon une simulation réalisée par les ingénieurs de la JAXA, du fait de la rupture de la tuyère les gaz expulsés n'étaient plus canalisés correctement, entrainant une réduction de la poussée de 400 à 300 Newtons, et l'axe de la poussée n'était plus aligné avec l'axe de l'engin spatial. Une anomalie portant sur le même moteur OME se reproduira en 2024 lors de l'alunissage de la sonde spatiale lunaire SLIM.

Sauvetage de la mission (décembre 2010-2015)

L'insertion en orbite autour de Vénus n'ayant pu s'effectuer, Akatsuki se trouve désormais placée sur une orbite héliocentrique (autour du Soleil). Sur cette trajectoire, la sonde devrait à nouveau survoler la planète Vénus en . Les responsables de la mission espèrent alors pouvoir effectuer une nouvelle tentative lors de l'un de ces passages. En , les ingénieurs japonais font fonctionner à plusieurs reprises quelques secondes la propulsion principale OME pour compléter leur diagnostic et évaluer si celle-ci pourra être utilisée en 2015. Le résultat est négatif : l'accélération obtenue est neuf fois inférieure à celle attendue et la poussée est de 40 newtons au lieu de 500 N. Les ingénieurs estiment probable que le moteur continue de se dégrader. La décision est prise de ne plus avoir recours au propulseur principal mais d'utiliser les petits moteurs-fusées du système de pilotage par jets de gaz (sigle anglais RCS) de 23 et 4 N de poussée permettant de contrôler l'orientation de la sonde. Comme ceux-ci, contrairement à l'OME, sont monoergols (ils ne brûlent que de l'hydrazine), pratiquement tout le peroxyde d'azote est vidangé en octobre, ce qui permet d'alléger la sonde et d'accroître l'efficacité de la propulsion (la diminution de la masse permet d'accélérer la sonde avec une quantité moindre de carburant). Trois manœuvres de correction de trajectoire sont effectuées en en utilisant les moteurs RCS alors que la sonde se trouve au périhélie de son orbite autour du Soleil. L'objectif est de placer la sonde sur une trajectoire optimisée pour son prochain rendez-vous avec Vénus. Si la deuxième date est préférable sur le plan scientifique, car elle permet d'obtenir une orbite plus conforme aux attentes des scientifiques (plus proche de l'équateur), les risques liés à l'allongement de la durée de la mission (la fin de la mission était initialement prévue fin 2012) incitent l'équipe de la mission à préférer effectuer une tentative dès 2015. Jusque-là, la sonde est soumise à des conditions thermiques plus sévères que celles pour laquelle elle a été conçue avec des passages beaucoup plus proches du Soleil,.

Les objectifs révisés de la mission scientifique

La deuxième tentative d'insertion en orbite autour de Vénus de Akatsuki est planifiée le . Faute de disposer de suffisamment d'ergols, la sonde spatiale ne pourra pas se placer sur l'orbite de 79 000 x 300 km (périodicité de 30 heures) prévue qui permettait de synchroniser les passages de la sonde spatiale avec les bourrasques de vent qui se lèvent périodiquement dans les couches supérieures de la planète. La nouvelle orbite culminera à environ 300 000 à 400 000 km et sera parcourue en 8 à 9 jours. Compte tenu de cette configuration peu favorables aux observations infrarouge de la surface, de nouveaux objectifs relativement proches des objectifs initiaux sont définis, :

  • lorsque Akatsuki se trouve dans la zone de son orbite la plus éloignée de la planète (plus de dix fois le diamètre de Vénus), ses instruments doivent observer les caractéristiques suivantes de l'ensemble du globe : les nuages, les couches profondes de l'atmosphère et les conditions en surface. Ces observations sont effectuées de manière continue par les quatre instruments UVI, IR1, IR2 et LIR ;
  • lorsque la sonde spatiale se rapproche de Vénus et se trouve à moins de 10 diamètres de la planète, les instruments UVI, IR1, IR2 et LIR doivent effectuer des observations plus détaillées pour étudier, les processus à la méso-échelle portant sur la convection nuageuse, la distribution des mouvements ondulatoires et les changements qui affectent ces derniers. Des vues stéréo du sommet des nuages sont réalisées.
  • lorsque Akatsuki se trouve au plus près de Vénus, la sonde spatiale doit étudier la structure des couches nuageuses et l'atmosphère sous une incidence inclinée ;
  • lorsque la sonde spatiale se trouve dans le cône d'ombre du Soleil, ses instruments doivent étudier les éclairs et la lumière du ciel nocturne ;
  • Akatsuki doit également déterminer la structure en couches de l'atmosphère, sa température, sa composition et les caractéristiques de l'ionosphère ainsi que ses modifications en émettant des ondes radio qui traverseront l'atmosphère de Vénus (occultation) et seront reçues par les stations sur Terre.

Insertion en orbite et déroulement de la mission scientifique (décembre 2015-2024)

Orbite d'Akatsuki autour de Vénus.

Le , Akatsuki parvient à se placer en orbite autour de Vénus en utilisant quatre de ses moteurs de contrôle d'attitude (RCS) durant environ 20 minutes. L'orbite de la sonde spatiale est de 444 000 x 400 km avec une période de 13 jours et 14 heures et une inclinaison de 3̟°. Pour éviter des périodes d'éclipse solaire prolongées (la batterie permet une autonomie de seulement 90 minutes) l'apogée de l'orbite doit être réduite à moins de 400 000 km et l'inclinaison relevée ,. Deux semaines plus tard l'apogée est abaissée à 360 000 kilomètres tandis que le périgée est maintenu dans une fourchette comprise entre 1000 et 10000 kilomètres. La période orbitale est désormais de 9 jours. Bien que la sonde spatiale ait déjà dépassé sa durée de vie théorique de 4,5 ans, l'agence spatiale japonaise prévoit qu'elle puisse fonctionner durant au moins deux ans.

Fin de mission (septembre 2025)

En , il est prévu que la sonde continue de fonctionner jusqu'en 2028. Mais le l'agence spatiale japonaise annonce qu'elle a perdu le contact avec la sonde spatiale. Après avoir tenté à plusieurs reprises de rétablir la liaison l'agence spatiale japonaise met fin officiellement à la mission d'Akatsuki le .

Successeurs

Depuis le retrait en 2014 de la sonde spatiale européenne Vénus Express (celle-ci avait épuisé les ergols qui permettaient de la maintenir en fonctionnement) Akatsuki était la seule sonde spatiale opérationnelle autour de Vénus. Les principales missions qui pourraient prendre la suite de l'engin japonais sont en phase de développement en 2025 mais sont en difficulté. Les missions américaines VERITAS et DAVINCI sont menacées par les coupes budgétaires dans le programme scientifique de la NASA imposées par l'administration Trump, la mission européenne EnVision est également impactée car l'instrument principal (radar à synthèse d'ouverture) est fourni par la NASA. Courant 2025 seule la mission indienne Shukrayaan-1, programmée pour 2028, semble aujourd'hui en bonne voie.

Résultats scientifiques


Les données recueillies durant pratiquement une décennie ont permis de faire progresser de manière significative nos connaissances sur Vénus et d'expliquer les principaux mystères entourant son atmosphère. Elle a ainsi permis de déterminer l'origine de la superrotation de celle-ci (l'atmosphère de Vénus fait le tour de la planète en 4 jours alors que la planète tourne en 243 jours). Ce phénomène est du réchauffement solaire. Les instruments de la sonde spatiale ont permis de déterminer la structure des différentes couches nuageuses composées d'acide sulfurique, de dioxyde de soufre et d'aérosols.

En 2016, une équipe de l'université de Rikkyo publie dans la revue Nature un article annonçant la détection d'onde de gravité dans l'atmosphère de Vénus. Ces structures nuageuses en forme d'arc s'étendant d'un pôle à l'autre de la planète, qui ont été identifiées à partir d'images infrarouges prises par la sonde en , apparaissent et disparaissent en persistant au moins quatre jours. Cette formation atmosphérique serait créée par les régions de haute altitude comme Aphrodite Terra et Beta Regio qui repousserait l'air vers le haut,.

Notes et références

  1. ↑ (en) « Akatsuki », sur Catalogue des missions de la NASA (consulté le )
  2. ↑ (en) « Venus Climate Orbiter “AKATSUKI” Press Kit », JAXA,
  3. ↑ « La sonde Akatsuki rate sa mise sur orbite vénusienne », sur Bulletins électroniques,
  4. ↑ « Le Japon a lancé sa sonde vénusienne », sur Bulletins électroniques,
  5. ↑ (en) « Orbit Control Maneuver Result of the Venus Climate Orbiter 'AKATSUKI' », sur JAXA,
  6. ↑ (en) « Venus Climate Orbiter ‘AKATSUKI’ Venus Observation Orbit Injection (VOI-1) Result », sur JAXA,
  7. ↑ (en) « Fuel supply may have foiled Akatsuki », sur Yomiuri Shinbun,
  8. 1 2 3 4 5 6 7 8 (es) Daniel Marin, « El fin de la misión de Akatsuki: adiós a nuestro emisario en Venus », sur Eureka,
  9. ↑ (en) « Venus Climate Orbiter ‘AKATSUKI’ : topics », sur JAXA (consulté le )
  10. ↑ (en) « AKASTUKI current status and future operation », sur JAXA,
  11. ↑ (en) « A new mission for Akatsuki, and status updates for Hayabusa 2 and Chang'e », sur The Planetary Society,
  12. ↑ (es) Emily Lakdawalla, « Akatsuki's new orbit, first images, and science plans », sur Planetary Society,
  13. ↑ (ja) T. Satoh, A. Yamazaki, T. Imamura, N. Ishii, M. Nakamura et T. Abe, « 一番星へ行こう！日本の金星探査機の挑戦 その57 〜あかつき運用を再延⻑し，金星大気⻑期変動の要因解明に挑む〜 », The Japanese Society for Planetary Sciences, vol. 33, no 1,‎ (ISSN 0918-273X, lire en ligne)
  14. ↑ (en) Tetsuya Fukuhara, Masahiko Futaguchi, George L. Hashimoto et Takeshi Horinouchi, « Large stationary gravity wave in the atmosphere of Venus », Nature Geoscience, vol. advance online publication,‎ (ISSN 1752-0908, DOI 10.1038/ngeo2873, lire en ligne, consulté le )

Voir aussi

Sur les autres projets Wikimedia :

Bibliographie

  • (en) Paolo Ulivi et David M. Harland, Robotic exploration of the solar system : Part 4 : the Modern Era 2004-2013, Springer Praxis, , 567 p. (ISBN 978-1-4614-4811-2)

Articles connexes

Liens externes