Chandrayaan-2

Chandrayaan-2
Sonde spatiale
Description de cette image, également commentée ci-après
Orbiteur (en bas) et atterrisseur (vue d'artiste)
Données générales
Organisation ISRO
Domaine Étude de la Lune
Type de mission Orbiteur atterrisseur et astromobile
Lancement prévu le 15 juillet 2019
Lanceur GSLV-Mk III
Durée 2 ans (prévu)
Identifiant COSPAR [1]
Caractéristiques techniques
Masse au lancement 3 800 kg
Contrôle d'attitude Stabilisé 3 axes (orbiteur)
Source d'énergie Panneaux solaires
Orbite lunaire
Orbite orbite basse lunaire (orbiteur)
Altitude 100 km (orbiteur)
Localisation Près du pôle sud (atterrisseur)
Principaux instruments
TMC-2 Caméra
CLASS Spectromètre rayons X
XSM Mesure rayonnement X solaire
ChACE-2 Spectromètre de masse
SAR Radar à synthèse d'ouverture
IIRS Spectromètre infrarouge
OHRC Caméra
ILSA Sismomètre (atterrisseur)
ChaSTE Mesure propriétés thermiques du sol (atterrisseur)
RAMBHA Mesure densité du plasma (atterrisseur)
LIBS Spectroscope laser (rover)
APXS Spectromètre rayons X (rover)
Schéma de l'atterrisseur (en haut) et de l'orbiteur.

Chandrayaan-2 est une sonde spatiale lunaire de l'agence spatiale indienne, l'ISRO, dont le lancement a lieu avec retard depuis le Centre spatial Satish-Dhawan le 22 juillet 2019 par le lanceur GSLV Mk III.[1],[2],[3]. Elle comprend un orbiteur qui doit se placer en orbite autour de la Lune pour une mission d'une durée de un an et un atterrisseur. Ce dernier doit se poser à la surface de notre satellite près de son pôle sud pour une mission d'une quinzaine de jours. Il emporte un petit astromobile (rover) d'une vingtaine de kilogrammes.

La sonde spatiale a une masse d'environ 3 tonnes sera lancée par une fusée indienne de type GSLV et mise à poste sur une orbite elliptique terrestre (18024 000 km). L'ensemble sera peu après injecté sur une orbite de transfert vers la Lune, puis l'atterrisseur se séparera de l'orbiteur pour se poser sur la surface de la Lune.

Contexte : le programme spatial lunaire de l'Inde

Article principal : Chandrayaan-1.

En Inde les premières études portant sur un programme d'exploration du système solaire sont réalisées en 2002. L'agence spatiale indienne, l'ISRO, développe la première sonde spatiale nationale, baptisée Chandrayaan-1, à compter de 2003. Celle-ci est lancée en 2008 et se place en orbite autour de la Lune. Les 11 instruments fournis pour moitié par la NASA et l'Agence spatiale européenne réalisent un certain nombre de découvertes scientifiques telles que la mesure de signatures signalant la présence d'eau, l'observation de tubes formées par la lave, la mise en évidence d'un volcanisme récent, etc. Toutefois la mission s'achève de manière prématurée : une panne, qui se produit 9 mois après le lancement, entraine l'interruption de la mission dont la durée initiale était de 2 ans[4],[5].

Développement de Chandrayaan-2

Les études sur Chandrayaan-2, successeur de Chandrayaan-1, démarrent avant même le lancement de cette dernière. Ses objectifs sont beaucoup plus ambitieux puisqu'elle vise à poser en douceur un engin spatial à la surface de la Lune et y déployer un astromobile. Au moment où le projet débute seuls les soviétiques et les américains sont parvenus à réaliser une mission similaire. Aussi l'agence spatiale indienne décide de développer Chandrayaan-2 avec l'aide de la Russie.

Échec de la coopération indo-russe

Le , un accord de coopération est signé entre l'ISRO et l'agence spatiale russe Roskosmos au terme duquel l'agence spatiale indienne développe l'orbiteur et le rover tandis que la Russie développe l'atterrisseur qui doit déposer le rover indien sur le sol lunaire[6]. La mission est budgétée par le gouvernement indien le 18 septembre 2008[7]. En aout 2009, la conception de la sonde spatiale est finalisée avec la participation de scientifiques des deux pays[8],[9]. À la suite de l'échec de la mission russe Phobos-Grunt, les participants russes annoncent à leurs partenaires indiens qu'ils ne pourront respecter l'échéance fixée jusque-là à 2013 ni même celle de 2015 car l'atterrisseur russe utilise certains composants mis en cause dans l'échec de la sonde martienne. En conséquence, l'agence spatiale indienne décide en janvier 2013 de poursuivre seule le développement de Chandrayaan-2[10].

Reports successifs du lancement

Dans ce nouveau contexte le lancement de la mission est repoussé à fin 2016/début 2017. Après une programmation du lancement en avril 2018[11], le lancement est successivement est successivement reporté en octobre 2018, janvier 2019, puis mars 2019. A la suite d'une revue technique, la commission chargée de celle-ci a estimé que le déroulement de la mission comportait en l'état des risques inacceptables et a imposé des changements très importants dans celle-ci Désormais l'atterrisseur après avoir s'être séparé de l'orbiteur se met en orbite autour de la Lune et vérifie ses systèmes avant d'entamer la descente vers la surface de la Lune. Ce changement impose des modifications importantes de l'atterrisseur : ajout d'un moteur-fusée de 800 Newtons de poussée en position centrale, de deux nouveaux réservoirs d'ergols et d'un nouveau réservoir de gaz pressurisant. Pour que l'atterrisseur puisse contrôler son orientation avant la phase de descente quatre roues de réaction et un viseur d'étoiles sont ajoutés ainsi que l'électronique associée. Pour accroitre la probabilité de succès de l'atterrisseur, le train d'atterrissage est modifié afin d'accroitre la stabilité de l'engin et la redondance des composants électroniques est accrue. Ces changements de dernière minute accroissent la masse à sec de l'atterrisseur de 100 kilogrammes (celle-ci passe à 1 350 kilogrammes) et celle de l'astromobile (rover) qui passe de 20 à 25 kilogrammes. Avec l'ajout des ergols et les autres modifications, la masse de la sonde spatiale passe de 3 250 à 3 800 kilogrammes. Pour placer en orbite cette masse accrue le lanceur GSLV Mark II sélectionné à l'origine est remplacé par la version GSLV-Mk III[12]. Enfin début mai 2019 l'agence spatiale indienne indique un nouveau report. Officiellement il s'agit d'effectuer des vérifications complémentaires à la suite de l'échec de l'atterrisseur lunaire israélien Beresheet mais selon certain média indiens, ce délai supplémentaire est du aux modifications tardives de la sonde spatiale[13]. La fenêtre de lancement est alors comprise entre le 9 et le 16 juillet avec une date d’atterrissage à la surface sur la Lune aux alentours du 6 septembre 2019[14]. Le 15 juillet 2019, le lancement est annulé 56 minutes avant le décollage dû à un problème technique[15]. Le lancement a finalement lieu le 22 juillet 2019 à 14h43 heure locale. Le cout de la mission est évalué à 8 milliards de roupies (102 millions €)[16].

Objectifs de la mission

Les objectifs de la mission Chandrayaan-2 sont les suivants[17] :

  • Faire progresser la maitrise des technologies mise en oeuvre par Chandrayaan-1 et tester de nouvelles technologies qui seront mises en œuvre par les futures missions d'exploration du système solaire.
  • Déployer un astromobile (rover) après un atterrissage en douceur sur un site pré-déterminé et réaliser une étude in situ des éléments chimiques.
  • Mettre en œuvre des instruments scientifiques sur l'orbiteur permettre d'obtenir des résultats avec une meilleure résolution.

Site d’atterrissage

Le site d'atterrissage pourrait être situé sur la face cachée de la Lune, voire dans le vaste bassin d'impact Aitken (cratère)[18], près du pôle Sud. Le rover devrait opérer en surface pendant un mois[18].

Caractéristiques techniques

Chandrayaan-2 dont la masse totale est de 3 800 kg au décollage comprend trois composants[18] :

  • l'orbiteur d'une masse d'environ 1 400 kg doit se placer en orbite autour de la Lune ;
  • l'atterrisseur Vikram qui doit déposer sur le sol le rover lunaire a une masse à sec (sans ergols) de 1 350 kg avec celui-ci ;
  • le rover Pragyan d'une masse de 25 kilogrammes est équipé de panneaux solaires. Il embarque des instruments scientifiques pour l'étude du sol lunaire.

Orbiteur

L'orbiteur est construit autour d'une structure tubulaire de satellite de trois tonnes fabriquée par Hindustan Aeronautics Limited. Les équipements de l'orbiteur occupent une structure cubique construite autour de la base de cette structure. La sonde spatiale est fixée à son lanceur par la base de la structure tubulaire tandis que l'interface avec l'atterrisseur se situe au sommet de cette structure. L'énergie est fournie par deux panneaux solaires déployés en orbite et est stockée dans des batteries lithium-ion. Le satellite est stabilisé 3 axes à l'aide de roues de réaction. Un moteur-fusée à ergols liquides bi-ergols est utilisé pour rehausser progressivement l'orbite autour de la Terre, puis pour injecter la sonde spatiale sur une orbite lunaire avant d'abaisser celle-ci jusqu'à une altitude de 100 km. Des petits propulseurs sont utilisés pour désaturer les roues de réaction et effectuer les petites corrections de trajectoire. Le système de contrôle d'attitude exploite les données fournies par des viseurs d'étoiles, des capteur solaires, des accéléromètres et des gyrolasers[5].

Atterrisseur Vikram

L'atterrisseur Vikram a la forme d'une pyramide tronquée dont le centre est occupé par un cylindre dans leque leque se trouvent les réservoirs d'ergols et le mécanisme qui permet de découpler l'engin avec l'orbiteur. Les panneaux verticaux sont recouverts de cellules solaires. Le train d'atterrissage comprend quatre pieds et est conçu pour assurer la stabilité de l'atterrisseur sur un terrain irrégulier. L'atterrisseur Vikram dispose de 5 moteurs de 800 Newton de poussée pour les manœuvres principales et plusieurs moteurs de 50 Newtons de poussée pour contrôler l'orientation de l'engin. La poussée des moteurs principaux est modulée grâce à une valve qui contrôle le débit des ergols. La détermination de l'attitude de l'engin est déterminée par une centrale à inertie comprenant 4 gyrolasers et quatre accéléromètres, deux viseurs d'étoile. A l'approche du sol Le système HDA (Hazard Detection and Avoidance) exploite les données fournies par différents capteurs, les compare avec les informations en mémoire et agit en conséquence sur le fonctionnement des moteurs. Les données utilisées sont fournies par un altimètre laser et altimètre radio, un indicateur de vitesse laser Doppler et deux caméras prenant des images du terrain et permettant de calculer la vitesse horizontale[5].

Astromobile (rover)

Modèle d'ingénérie du rover.

L'astromobile (rover) Pragyana, dont la une masse est environ de 25 kilogrammes, circule sur 6 roues. Sa conception reprend celle du rover américain Sojourner déployé à la surface de la planète Mars par la mission de la NASA Mars Pathfinder en juillet 1997. Le châssis de l'astromobile abrite toute l'électronique. Les images stéréo prises par des caméras de navigation fixées à l'avant du châssis sont utilisées pour la navigation. Les communications avec la Terre transitent par l'atterrisseur[5].

Instrumentation scientifique

L'orbiteur embarque cinq instruments scientifiques[19]:

  • un spectroscope-imageur infrarouge IIRS pour la cartographie de la Lune sur une large bande spectrale afin d'étudier les minéraux, les molécules d'eau et les hydroxyles présents ;
  • une caméra TMC2 (Terrain Mapping Camera2) permettant de réaliser des cartes tridimensionnelles pour l'étude de la minéralogie et de la géologie de la Lune ;
  • un spectromètre de masse neutre ChACE2 pour l'étude détaillée de l'exosphère de la Lune ;
  • un spectromètre à rayons-X à bande large (CLASS) et un détecteur de rayons X XSM pour relever les principaux éléments présents à la surface de la Lune ;
  • un radar à synthèse d'ouverture SAR émettant en bande L et S pour analyser les couches superficielles de la Lune sur une épaisseur de quelques dizaines de mètres. L'objectif est de confirmer la présence d'eau dans les régions situées en permanence à l'ombre.

L'atterrisseur emporte 4 instruments dont :

  • Le sismomètre ILSA
  • L'instrument de mesure des propriétés thermiques du sol ChaSTE
  • L'instrument de mesure de densité du plasma RAMBHA

Le rover de son côté emporte deux instruments[19] :

  • un spectroscope à laser (LIBS) ;
  • un spectroscope X à particule alpha (APIXS).

Déroulement de la mission

Le lanceur GSLV Mk III.

Chandrayaan-2 est lancée depuis le centre spatial Satish-Dhawan sur la côte sud-est de l'Inde par une fusée GSLV-Mk III. La puissance limitée du lanceur ne permet pas d'injecter la sonde spatiale directement sur une trajectoire lunaire. Chandrayaan-2 est placée sur une orbite terrestre elliptique de 170 x 18 500 kilomètres. Cette orbite est progressivement relevée en utilisant à plusieurs reprises la propulsion de la sonde spatiale jusqu'à ce que l'apogée se situe au-delà de la Lune (plus de 350 000 kilomètres de la Terre). La sonde spatiale est alors insérée sur une orbite lunaire par freinage, puis cette orbite est réduite progressivement jusqu'à ce que Chandrayaan-2 soit placée sur une orbite circulaire à 100 kilomètres d'altitude. L'atterrisseur, qui s'est séparée de l'orbiteur, abaisse son orbite lorsqu'il survole le pole sud de manière que le périsélène (point le plus bas d'une orbite lunaire) soit de 6 kilomètres d'altitude non loin du pôle sud. Au périsélène, les moteurs sont dirigés dans la direction opposée au sens de progression et la vitesse horizontale est fortement réduite, puis la sonde spatiale entame sa descente verticale vers le site d'atterrissage situé près du pôle sud de la Lune. La descente vers le sol s'effectue de manière autonome en combinant des données fournies par le radar et la centrale à inertie. En fin de descente, les images prises par une caméra sont analysées en temps réel pour éviter les obstacles au sol. La propulsion est mise en marche par intermittence pour réduire la vitesse verticale qui est complètement annulée à 4 mètres du sol. La propulsion est alors coupée et la sonde spatiale est tombe en chute libre et atterrit avec une vitesse verticale inférieure à 5 m/s (17 km/h)[5].

La mission primaire de l'orbiteur a une durée d'un an. L'atterrisseur et l'astromobile (rover) dont l'énergie est fournie par des panneaux solaires ont une durée de vie d'une journée lunaire (15 jours).

Notes et références

  1. https://www.indiatoday.in/science/story/chandrayaan-2-launch-bahubali-rocket-takeoff-2-43-pm-monday-1572017-2019-07-21
  2. (en) Surendra Singh, Times News Network, « Chandrayaan-2 launch put off: India, Israel in lunar race for 4th position », The Times of India,‎ (lire en ligne)
  3. L'Inde reporte in extremis sa deuxième mission lunaire, Les Echos, 15 juillet 2019 (consulté le 15 juillet 2019 sur le site des Echos)
  4. (en) Brian Harvey, Henk H F Smid et Theo Pirard, Emerging space powers : The new space programs of Asia, the Middle East ans South America, Springer Praxis, (ISBN 978-1-4419-0873-5), p. 215-219
  5. a b c d et e (en) « Chandrayaan-2 », sur EO Portal, Agence spatiale européenne,
  6. (en) « India, Russia to expand n-cooperation, defer Kudankulam deal », Earthtimes.org,
  7. (en) « Cabinet clears Chandrayaan-2 », Chennai, India, The Hindu,
  8. (en) « ISRO completes Chandrayaan-2 design news », domain-b.com,
  9. (en) « India and Russia complete design of new lunar probe »,
  10. (en) R. Ramachandran, « Chandrayaan-2: India to go it alone », sur The Hindu,
  11. (en) Emily Lakdawalla, « India's Chandrayaan-2 mission preparing for March 2018 launch », The Planetary Society,
  12. (en) Emily Lakdawalla, « Chandrayaan-2 launch delayed to 3 January 2019 », The Planetary Society,
  13. (en) Jason Davis, « Chandrayaan-2 Launch Delayed until July », The Planetary Society,
  14. (en) « PRESS RELEASE ON CHANDRAYAAN-2 », ISRO,
  15. L'Inde reporte in extremis sa deuxième mission lunaire, Les Echos, 15 juillet 2019 (consulté le 15 juillet 2019 sur le site des Echos)
  16. (en) KRISHNA CHAITANYA, « ISRO plans to conduct seven mega missions over next 10 years », The new Indian Express,
  17. (en) M Annadurai, « Future Exploration Missions of ISRO », Bureau des affaires spatiales des Nations unies,
  18. a b et c Gilles Dawidowicz, « L'Inde prépare Chandrayaan-2 », L'Astronomie, no 12,‎ , p. 6 (ISSN 0004-6302)
  19. a et b (en) Gunter Dirk Krebs, « Chandrayaan 2 », sur Gunter's Page (consulté le 24 septembre 2014)

Bibliographie

  • (en) Venkatesan Sundararajan. Sundararajan (8-12 janvier2018) « Overview and Technical Architecture of India's Chandrayaan-2 Mission to the Moon » (pdf) dans 2018 AIAA Aerospace Sciences Meeting : 31 p.. 

Voir aussi

Articles connexes

Liens externes