Le vaisseau spatial Voyager 1 de la NASA approche de la périphérie du système solaire
Ayant fonctionné pendant 43 ans, 3 mois et 3 jours au 8 décembre 2020, le vaisseau spatial communique toujours avec le Deep Space Network pour recevoir des commandes de routine et transmettre des données à la Terre. Les données de distance et de vitesse en temps réel sont fournies par la NASA et le JPL. À une distance de 14 milliards de miles de la Terre au 17 septembre 2020, c’est l’objet artificiel le plus éloigné de la Terre. Les objectifs de la sonde comprenaient des survols de Jupiter, de Saturne et de la plus grande lune de Saturne, Titan. Bien que la trajectoire du vaisseau spatial aurait pu être modifiée pour inclure une rencontre avec Pluton en renonçant au survol de Titan, l’exploration de la lune a eu la priorité car elle était connue pour avoir une atmosphère substantielle. Voyager 1 a étudié la météo, les champs magnétiques et les anneaux des deux planètes et a été la première sonde à fournir des images détaillées de leurs lunes.
L’objectif de la mission Voyager Interstellar Mission (VIM) est d’étendre l’exploration du système solaire par la NASA au-delà du voisinage des planètes extérieures jusqu’aux limites extérieures de la sphère d’influence du Soleil, et éventuellement au-delà. Cette mission prolongée continue de caractériser l’environnement extérieur du système solaire et de rechercher la frontière de l’héliopause, les limites extérieures du champ magnétique solaire et le flux extérieur du vent solaire. La pénétration de la frontière héliopause entre le vent solaire et le milieu interstellaire permettra de mesurer les champs, particules et ondes interstellaires non affectés par le vent solaire.
Caractéristique de la mission
Le VIM est une extension de la mission principale Voyager qui s’est achevée en 1989 avec le survol rapproché de Neptune par le vaisseau spatial Voyager 2. Neptune était la dernière planète extérieure visitée par un vaisseau spatial Voyager. Voyager 1 a effectué ses survols rapprochés prévus des systèmes planétaires de Jupiter et de Saturne tandis que Voyager 2, en plus de ses propres survols rapprochés de Jupiter et de Saturne, a effectué des survols rapprochés des deux géantes gazeuses restantes, Uranus et Neptune.
Au début du VIM, les deux engins spatiaux Voyager étaient en vol depuis plus de 12 ans après avoir été lancés en août (Voyager 2) et septembre (Voyager 1) 1977. Voyager 1 était à une distance d’environ 40 UA (unité astronomique – distance moyenne de la Terre au Soleil, 150 millions de kilomètres) du Soleil, et Voyager 2 était à une distance d’environ 31 UA.
Voyager 1 s’échappe du système solaire à une vitesse d’environ 3,6 UA par an, à 35 degrés du plan de l’écliptique au nord, dans la direction générale de l’apex solaire (la direction du mouvement du Soleil par rapport aux étoiles proches). Voyager 2 s’échappe également du système solaire à une vitesse d’environ 3,3 UA par an, à 48 degrés du plan de l’écliptique au sud.
Le passage par le choc terminal a mis fin à la phase de choc terminal et a commencé la phase d’exploration de l’héliogaine. L’héliogaine est la couche externe de la bulle que le soleil souffle autour de lui (l’héliosphère). Elle est encore dominée par le champ magnétique du Soleil et les particules contenues dans le vent solaire. Voyager 1 a traversé le choc de terminaison à 94 UA en décembre 2004 et Voyager 2 a traversé à 84 UA en août 2007. Après avoir traversé le choc de terminaison, l’équipe de Voyager a attendu avec impatience le passage de chaque vaisseau spatial à travers l’héliopause. qui est l’étendue extérieure du champ magnétique et du vent solaire du Soleil.
Dans cette région, l’influence du Soleil diminue et le début de l’espace interstellaire peut être détecté. C’est là que les vents solaires d’un million de miles par heure ralentissent à environ 250 000 miles par heure – la première indication que le vent approche de l’héliopause.
Le 25 août 2012, Voyager 1 a survolé l’héliopause et est entré dans l’espace interstellaire, ce qui en fait le premier objet fabriqué par l’homme à explorer ce nouveau territoire. À l’époque, il se trouvait à une distance d’environ 122 UA, soit environ 11 milliards de miles (18 milliards de kilomètres) du soleil. Ce type d’exploration interstellaire est le but ultime de la mission interstellaire Voyager. Voyager 2, qui voyage dans une direction différente de Voyager 1, a traversé l’héliopause dans l’espace interstellaire le 5 novembre 2018.
« Bien que Voyager 1 soit toujours à l’intérieur de l’environnement du soleil, nous pouvons maintenant goûter à ce que c’est à l’extérieur parce que les particules entrent et sortent sur cette autoroute magnétique », a déclaré Edward Stone, scientifique du projet Voyager basé au California Institute of Technology, Pasadena. « Nous pensons que c’est la dernière étape de notre voyage vers l’espace interstellaire. Notre meilleure estimation est qu’il ne reste que quelques mois à quelques années. La nouvelle région n’est pas ce à quoi nous nous attendions, mais nous nous attendons à l’inattendu. de Voyager. »
Les données de Voyager provenant de deux instruments embarqués qui mesurent les particules chargées ont montré que le vaisseau spatial est entré pour la première fois dans cette région d’autoroute magnétique le 28 juillet 2012. La région a reflué et coulé plusieurs fois vers Voyager 1. Le vaisseau spatial est entré à nouveau dans la région le 25 août et l’environnement est resté stable depuis.
« Si nous n’en jugions que les données sur les particules chargées, j’aurais pensé que nous étions en dehors de l’héliosphère », a déclaré Stamatios Krimigis, chercheur principal de l’instrument à particules chargées à faible énergie, basé au Johns Hopkins Applied Physics Laboratory, Laurel, Md. « Mais nous devons regarder ce que tous les instruments nous disent et seul le temps nous dira si nos interprétations sur cette frontière sont correctes. »
Les données de l’engin spatial ont révélé que le champ magnétique devenait plus fort chaque fois que Voyager entrait dans la région de l’autoroute ; cependant, la direction des lignes de champ magnétique n’a pas changé.
Voyager 1 et 2 ont été lancés à 16 jours d’intervalle en 1977. Au moins un des engins spatiaux a visité Jupiter, Saturne, Uranus et Neptune. Voyager 1 est l’objet créé par l’homme le plus éloigné, à environ 11 milliards de miles (18 milliards de kilomètres) du soleil. Le signal de Voyager 1 met environ 17 heures pour se rendre sur Terre. Voyager 2, le plus long vaisseau spatial exploité en continu, se trouve à environ 9 milliards de miles (15 milliards de kilomètres) de notre soleil. Bien que Voyager 2 ait connu des changements similaires à ceux observés par Voyager 1, les changements sont beaucoup plus progressifs. Les scientifiques ne pensent pas que Voyager 2 ait atteint l’autoroute magnétique.
Vers l’inconnu : Voyager 1 commence l’aventure spatiale interstellaire
Voyageur 1 : 
Le 25 août 2012, Voyager 1 a enregistré un changement brusque et durable de la densité des particules énergétiques qu’il voyageait. Initialement, comme l’a rapporté la NASA le 4 décembre 2012, il a été déterminé que ce changement de densité de particules était la marque de l’entrée complète de Voyager 1 dans une nouvelle région de l’héliopause, appelée autoroute magnétique, au bord le plus extérieur du système solaire. Il est maintenant entendu qu’il s’agissait d’une date et d’un moment beaucoup plus significatifs qu’on ne le pensait au départ. Répondre à la question une fois pour toutes : le don d’une éjection de masse coronale. En mars 2012, cinq mois avant que Voyager 1 enregistre le changement de densité de particules en août, une éjection de masse coronale (CME), une expulsion massive de particules chargées, libérées du soleil. Bien qu’apparemment routinier à l’époque, l’événement CME pourrait désormais être organisé comme l’un des CME les plus importants et les plus significatifs de l’histoire enregistrée. Treize mois après l’événement CME, le 9 avril 2013 (un peu plus de sept mois après l’enregistrement du changement de densité de particules d’août), les particules chargées associées à l’événement CME ont atteint Voyager 1 – qui était à une distance de 17 heures 05 minutes 58 secondes temps de trajet de la lumière depuis la Terre.
Lorsque les particules chargées CME ont atteint Voyager 1, son instrument à ondes plasma a enregistré l’événement et a retransmis les données à la Terre. C’est ce que les scientifiques ont vu dans ces points de données qui n’était rien de moins que stupéfiant. Lorsque les particules de CME ont atteint le nuage de plasma autour de Voyager 1, le nuage de plasma a commencé à osciller (vibrer) à un pas particulier qui a permis aux scientifiques de déterminer la densité du champ de plasma entourant la petite sonde intrépide. Les résultats : le plasma était 40 fois plus dense que ce que rapportait Voyager 1 lorsqu’il se trouvait dans la couche externe de l’héliopause du système solaire. De plus, la densité correspondait à toutes les attentes de la densité de plasma de l’espace interstellaire. « Nous avons littéralement sauté de nos sièges lorsque nous avons vu ces oscillations dans nos données – elles nous ont montré que le vaisseau spatial se trouvait dans une région entièrement nouvelle, comparable à ce qui était attendu dans l’espace interstellaire, et totalement différente de celle de la bulle solaire », a déclaré Don Gurnett, membre principal de l’équipe scientifique sur les ondes plasma de l’Université de l’Iowa. « Il est clair que nous avions traversé l’héliopause, qui est la frontière supposée depuis longtemps entre le plasma solaire et le plasma interstellaire. »
Mais plus important encore, Voyager 1 a été conçu pour être un instrument scientifique. Ses grands réflecteurs d’antenne de 12 pieds étaient les plus grandes antennes en époxy graphite conçues pour un vaisseau spatial au moment de son lancement. Trois perches déployables transportaient la plupart des instruments scientifiques du vaisseau spatial, y compris le spectromètre ultraviolet, l’expérience des rayons cosmiques, l’expérience plasma, le photopolarimètre et l’expérience des particules chargées à faible énergie. Une deuxième perche plus longue transportait une série de magnétomètres et deux antennes fouets pour l’expérience radio plasma. De plus, toutes les expériences de Voyager 1 ont été conçues pour être compactes, légères et consommer le moins d’énergie possible. Pendant les périodes de croisière interplanétaire et d’accumulation de données de haute science, les données non immédiatement transmises vers la Terre ont été conçues pour être stockées sur un magnétophone numérique d’une capacité d’environ 536 mégabits (environ 67 mégaoctets), assez pour contenir environ 100 images.
Mais l’aspect vraiment remarquable de Voyager 1, et l’élément principal qui permet la poursuite de la mission de la sonde aujourd’hui, est sa source d’alimentation : trois générateurs thermoélectriques à radio-isotopes (RTG) situés sur la troisième flèche déployable. Une prouesse d’ingénierie impressionnante à l’époque, chacun des trois RTG cylindriques de Voyager 1 était construit avec six couches de quatre oxydes de plutonium (238) de 2 pouces de diamètre encapsulés dans une fine coque d’iridium. Ces coquilles d’iridium sont à leur tour enveloppées de fil de graphite et empilées dans des cylindres de graphite. Chaque balle produisait environ 100 watts d’énergie thermique au lancement, pour 2 400 watts de puissance thermique de chaque RTG. Cependant, comme tous les engins spatiaux, la source d’alimentation a subi des changements et des modifications dans le processus de développement. En fait, au cours du développement, il a été reconnu que les thermocouples (conçus pour convertir le contraste de température entre le plutonium chaud et l’environnement spatial froid en électricité) se dégradaient beaucoup trop rapidement dans les cylindres RTG très chauds. Cela a conduit à la suggestion que les jambes du thermocouple soient recouvertes de nitrure de silicium pour empêcher la sublimation du matériau du thermocouple qui provoquait des courts-circuits électriques, ce qui réduisait la puissance de sortie.
Cette ingénierie minutieuse a abouti à des RTG robustes sur Voyager 1 qui fonctionnent en continu depuis plus de 36 ans, bien qu’ils ne produisent qu’environ 60 % de leur production d’origine à ce jour en raison de la dégradation des thermocouples induite par le rayonnement et la température. Mais même avec la source d’alimentation robuste, aucun des instruments de Voyager 1 n’aurait été en mesure de renvoyer des données sans le contrôle complexe des six ordinateurs interconnectés de la sonde. Le système de commande par ordinateur (CCS) de Voyager 1 a été conçu par des ingénieurs pour contrôler les séquences d’activités à effectuer par le vaisseau spatial ; le sous-système de données de vol (FDS) a été conçu pour contrôler l’acquisition et la liaison descendante des données ; et le système de contrôle d’attitude et d’articulation (AACS) a été conçu pour contrôler l’attitude du vaisseau spatial et l’orientation de la plate-forme de balayage scientifique. 
Voyage de Voyager 1 à travers le système solaire :
La mission de Voyager 1 a commencé le 5 septembre 1977 avec son lancement à bord de la fusée Titan III-C depuis la base aérienne de Cape Canaveral en Floride. Les observations du système jovien débutèrent le 6 janvier 1979 et aboutirent à la découverte des anneaux de Jupiter, à l’étude de l’intensité des ceintures de radiation de la planète et à la découverte de l’existence d’une activité volcanique sur lo.
L’étude du système Jovian pour Voyager 1 s’est terminée le 13 avril 1979, date à laquelle la NASA a réaligné la sonde pour sa rencontre avec Saturne en 1980. À ce stade, la NASA devait décider d’utiliser Voyager a pour un survol de proximité de Titan, la lune de Saturne, et ainsi éliminer la capacité de la sonde à continuer vers la planète la plus éloignée – à l’époque – Pluton, ou de faire un survol calculé de Saturne pour préserver l’éventuelle étude rapprochée de Pluton. 
En fin de compte, il a été décidé que Titan avait une plus grande valeur scientifique que Pluton, et la trajectoire de Voyager 1 a été modifiée pour un examen rapproché de cette lune saturnienne. L’observation du système saturnien a commencé le 22 août 1980 et a abouti à un passage rapproché de Titan, qui a modifié la trajectoire de Voyager 1 hors du plan écliptique du système solaire dans une direction de déplacement « nord ». La possibilité de toute autre rencontre planétaire étant annulée, Voyager 1 a été réaffecté à une mission prolongée pour étudier les confins du système solaire aussi longtemps que ses instruments ont continué à fonctionner.
Le 14 février 1990, les caméras de la sonde ont été retournées vers le système solaire, et Voyager 1 a pris le portrait de famille instantanément immortel du système solaire. Le portrait de famille a été la toute première photo de famille du système solaire et est à l’origine de la célèbre photographie de la Terre « Pale Blue Dot » – la photo la plus éloignée de la Terre jamais prise. Le portrait est, en réalité, une image composite de 60 photographies obtenues le 14 février 1990 à une distance de 6 milliards de kilomètres de la Terre à environ 32 degrés au-dessus du plan de l’écliptique. Le portrait de famille représente six des huit planètes du système solaire avec le soleil. Seuls Mercure et Mars n’étaient pas visibles en raison de la proximité du soleil et de la lumière solaire dispersée dans l’optique, respectivement. Pluton, qui n’est plus considérée comme l’une des principales planètes, n’a pas été incluse dans la photographie en raison de sa distance par rapport au soleil et de sa faible réflectivité lumineuse.
Le 17 novembre 1998, Voyager 1 est officiellement devenu l’objet fabriqué par l’homme le plus éloigné du système solaire lorsqu’il a dépassé la sonde Pioneer 10 à une distance de 69,4 UA du soleil, un statut qu’il a maintenu et maintiendra pendant des décennies venir. La longévité de la sonde semblant prometteuse, la NASA a de nouveau réaffecté Voyager 1 pour la mission interstellaire Voyager (VIM) – une mission visant à cartographier la limite extérieure du système solaire et à explorer le milieu interstellaire en dehors du système solaire. Dans le cadre du programme, la NASA a chargé Voyager 1 de trouver le choc de terminaison (le moment où le vent solaire du soleil passe soudainement de vitesses hypersoniques à des vitesses subsoniques), de cartographier l’héliogaine (une région turbulente au-delà du choc de terminaison où le vent solaire est perturbé et agi par la force du milieu interstellaire), et la cartographie de l’héliopause (la frontière entre le système solaire et l’espace interstellaire). Voyager 1 franchit le choc terminal en décembre 2004 et entre officiellement dans l’héliogaine. Six ans plus tard, les scientifiques ont confirmé que Voyager 1 avait atteint la zone où le vent solaire du soleil est dévié par le milieu interstellaire poussant contre l’héliosphère – la zone d’influence directe du soleil.
Cette zone, appelée héliopause, est la zone où le vent solaire tombe à zéro par rapport à la poussée vers l’extérieur de l’influence du soleil. Voyager 1 est entré dans cette zone en juin 2010. Le 15 juin 2011, les scientifiques travaillant avec la sonde ont annoncé que Voyager 1 devait franchir la barrière dans l’espace interstellaire entre 2015 et 2017, bien que cela puisse être « à tout moment ». Un an et deux mois après cette annonce, Voyager 1, toujours en fonction après 35 ans dans l’environnement hostile de l’espace, a traversé le milieu interstellaire et est devenu le premier explorateur interstellaire de l’humanité. À ce jour, la source d’alimentation RTG de Voyager 1 continue d’alimenter les instruments encore fonctionnels de la sonde et devrait le faire jusqu’en 2020-2030, ce qui signifie que l’exploration de l’espace interstellaire par Voyager 1 aura lieu, à moins d’une collision avec un objet inconnu, pendant au moins 7 ans de plus.
https://www.nasaspaceflight.com/2013/09/the-unknown-voyager-1-begins-interstellar-space-adventure/