Mission Magellan sur Vénus
Voyage vers Vénus : souvenir de la mission Magellan de la NASA, 30 ans plus tard
La NASA lance la sonde Magellan sur Vénus depuis la navette spatiale Atlantis
À la découverte de Vénus
La sonde américaine Magellan est propulsée par la navette Atlantis afin d’étudier plus en détail Vénus. Placée en orbite près d’un an plus tard, elle sera la première à cartographier précisément la surface de la planète. Au bout de deux années, elle fournira, grâce à son radar, une carte de 98% de la planète, faisant apparaître ses nombreux volcans. La sonde servira également à étudier la gravité de Vénus avant de se consumer dans l’atmosphère en 1994. La mission Magellan permettra de connaître la géologie vénusienne et d’établir des comparaisons avec la Terre.
Qu’était-ce que Magellan ? La mission Magellan de la NASA vers Vénus a été l’une des missions spatiales les plus réussies. C’était le premier vaisseau spatial à imager toute la surface de Vénus et a fait plusieurs découvertes sur la planète. Magellan a brûlé environ 10 heures après avoir reçu l’ordre de plonger dans l’atmosphère vénusienne.
En profondeur : Magellan – Magellan, du nom de l’explorateur portugais Ferdinand Magellan (1480-1521), a été la première sonde spatiale lancée par les États-Unis en près de 11 ans, ainsi que la première sonde lancée par une navette spatiale.
La catastrophe du Challenger en janvier 1986 a eu un impact profond sur le manifeste de lancement de la navette dans les années 1990, qui comprenait un certain nombre de missions planétaires. Magellan, par exemple, a été retardé d’au moins un an.
Magellan a été conçu pour utiliser un radar à synthèse d’ouverture (SAR) pour cartographier 70% de la surface vénusienne jusqu’à une résolution de 390 à 985 pieds (120 à 300 mètres).
Le bus de base a été assemblé à l’aide de pièces de rechange laissées par diverses missions antérieures, notamment Voyager, Galileo, Ulysse et Mariner 9. Magellan a été déployé par l’équipage du STS-30R et libéré à 01h01 TU le 5 mai 1989, depuis la soute. de la navette spatiale Atlantis. Une heure plus tard, un étage supérieur inertiel (IUS) à deux étages s’est déclenché pour envoyer le vaisseau spatial sur une trajectoire de rendez-vous avec Vénus.
Après trois corrections de trajectoire en route (21 mai 1989, 13 mars 1990 et 25 juillet 1990), Magellan est arrivé en orbite de Vénus le 10 août 1990. Les paramètres orbitaux étaient de 185 x 5 260 milles (297 × 8 463 kilomètres) à Inclinaison de 85,5 degrés.
Six jours après sa mise en orbite, Magellan a subi une panne de communication d’une durée de 15 heures. Après une deuxième interruption de 17 heures le 21 août 1990, le sol a envoyé un nouveau logiciel préventif pour réinitialiser le système en cas de telles anomalies.
À partir du 15 septembre 1990, le vaisseau spatial a commencé à renvoyer des images radar de haute qualité du terrain vénusien qui montraient des preuves de volcanisme, de mouvements tectoniques, de vents de surface turbulents, de kilomètres de canaux de lave et de dômes en forme de crêpes.
Magellan a terminé son premier cycle de 243 jours (c’est-à-dire le temps qu’il a fallu à Vénus pour tourner une fois sous l’orbite de Magellan) de cartographie radar le 15 mai 1991, fournissant les premières vues claires de 83,7% de la surface.
Le vaisseau spatial a renvoyé 1 200 gigabits de données, dépassant de loin les 900 gigabits de données de toutes les missions planétaires de la NASA combinées à l’époque.
Le deuxième cycle de cartographie du vaisseau spatial, déjà au-delà des objectifs initiaux de la mission, s’est terminé le 15 janvier 1992, portant la couverture à 96 %. Un troisième cycle axé sur l’imagerie stéréo s’est terminé le 13 septembre 1992 et a terminé la couverture à 98 %.
Des cycles de cartographie supplémentaires ont été effectués : un quatrième s’est terminé le 23 mai 1993 ; un cinquième le 29 août 1994 et un sixième le 13 octobre 1994. Ces cycles portaient sur l’obtention de données gravimétriques sur la planète.
Au cours de l’été 1993, les contrôleurs ont ordonné au vaisseau spatial de tomber dans les régions les plus éloignées de l’atmosphère vénusienne, puis ont utilisé avec succès une méthode d’aérofreinage pour circulariser son orbite. Le contact a été perdu après 10 h 05 TU le 13 octobre 1994, alors que le vaisseau spatial recevait l’ordre de plonger dans l’atmosphère pour recueillir des données aérodynamiques. Le vaisseau spatial a brûlé dans l’atmosphère vénusienne environ 10 heures plus tard après l’une des missions spatiales les plus réussies.
Magellan a découvert qu’au moins 85% de la surface vénusienne est recouverte de coulées volcaniques. Les données du vaisseau spatial suggèrent que malgré les températures de surface élevées (887 degrés Fahrenheit ou 475 degrés Celsius) et les pressions atmosphériques élevées (92 atmosphères), le manque total d’eau fait de l’érosion un processus extrêmement lent sur la planète. En conséquence, les caractéristiques de surface peuvent persister pendant des centaines de millions d’années.
De plus, le vaisseau spatial a découvert que des phénomènes tels que la dérive des continents ne sont pas évidents sur la planète. Ses images ont contribué aux meilleures cartes radar haute résolution de la surface de Vénus à ce jour, améliorant les images renvoyées par les soviétiques Venera 15 et 16 dans les années 1980.
Mission Magellan sur Vénus
Le vaisseau spatial Magellan a été le premier explorateur planétaire à être lancé par une navette spatiale lorsqu’il a été transporté en altitude par la navette Atlantis depuis le Kennedy Space Center en Floride le 4 mai 1989. Atlantis a emmené Magellan en orbite terrestre basse, où il a été libéré du soute de la navette et tiré par un moteur à combustible solide appelé l’étage supérieur inertiel (IUS) en route vers Vénus. Magellan a fait une boucle autour du Soleil une fois et demie avant d’arriver à Vénus le 10 août 1990. Un moteur à combustible solide sur le vaisseau spatial s’est alors déclenché, plaçant Magellan sur une orbite elliptique quasi polaire autour de Vénus.
Le vaisseau spatial transportait un radar d’imagerie sophistiqué, qui a été utilisé pour créer la carte la plus détaillée de Vénus jamais capturée au cours de ses quatre années en orbite autour de Vénus de 1990 à 1994. Après avoir terminé sa cartographie radar, Magellan a également réalisé des cartes mondiales du champ de gravité de Vénus. . Les contrôleurs de vol ont ensuite testé une nouvelle technique de manœuvre appelée aérofreinage, qui utilise l’atmosphère d’une planète pour ralentir ou diriger un vaisseau spatial. Le vaisseau spatial a fait un plongeon spectaculaire dans l’atmosphère épaisse et chaude de Vénus le 12 octobre 1994 et a été écrasé par la pression de l’atmosphère de Vénus. Le signal de Magellan a été perdu à 10 h 02, temps universel (3 h 02, heure avancée du Pacifique) ce jour-là.
La mission de Magellan était divisée en « cycles », chaque cycle durant 243 jours (le temps nécessaire à Vénus pour tourner une fois sous l’orbite de Magellan). La mission s’est déroulée comme suit :
04 mai 1989 – Lancement 10 août 1990 – Insertion de l’orbite de Vénus et vérification du vaisseau spatial 15 septembre 1990 – Cycle 1 : cartographie radar (vers la gauche) 15 mai 1991 – Cycle 2 : Cartographie radar (vers la droite) 15 janvier 1992 – Cycle 3 : Cartographie radar (vers la gauche) 14 septembre 1992 – Cycle 4 : Acquisition de données gravimétriques 24 mai 1993 – Aérofreinage en orbite circulaire 03 août 1993 – Cycle 5 : Acquisition de données gravimétriques 30 août 1994 – Expérience éolienne 12 octobre 1994 – Perte du signal radio 13 octobre 1994 – Perte d’un vaisseau spatial
Au total, le radar d’imagerie très réussi a cartographié plus de 98% de la surface de la planète et collecté des données gravitationnelles à haute résolution de Vénus. Les enseignements tirés de la plongée aérodynamique de Magellan dans l’atmosphère vénusienne seront appliqués aux futures missions planétaires.
Voyage vers Vénus : souvenir de la mission Magellan de la NASA, 30 ans plus tard
Il y a trente ans aujourd’hui, le 10 août 1990, un minuscule vaisseau spatial arrivait sur Vénus pour commencer une mission d’exploration qui cartographierait plus de 90 % de sa surface obscurcie par les nuages. Ce faisant, cela révélerait des vérités alléchantes sur une planète si similaire à la Terre en taille, mais si différente dans pratiquement tous les autres aspects. La mission Magellan de la NASA – du nom de l’explorateur portugais Ferdinand Magellan, qui a fait le tour du monde pour la première fois au début du XVIe siècle – avait été lancée à bord de la navette Atlantis en mai 1989. et a mis 15 mois pour atteindre Vénus. Il a ensuite acquis des images radar à synthèse d’ouverture (SAR) sans précédent de cratères, de volcans, de plaines, de collines, de crêtes et d’autres caractéristiques géologiques sur un monde longtemps décrit comme le « jumeau maléfique » de la Terre. Les résultats de Magellan étaient si impressionnants qu’ils en ont révélé plus sur Vénus en quatre courtes années que ce qui avait été réalisé au cours de siècles d’observation au sol.
Pourtant, Magellan avait subi une métamorphose complexe de la planche à dessin au lancement du Pad 39B au Kennedy Space Center (KSC) en Floride pour orbiter un monde si similaire à la Terre, mais tellement une perversion de notre paradis bleu et blanc. Depuis les années 1960, il avait été reconnu que le radar pouvait fournir des cartes brutes de la surface de Vénus, qui est cachée à la vue directe par des nuages nocifs d’acide sulfurique. Et c’est le radar qui a aidé à fixer le « jour » sidéral de la planète à 243 jours terrestres et à déterminer sa rotation rétrograde.
À la fin des années 1970, les plans d’un radar d’imagerie Venus Orbiter (VOIR) avaient commencé sérieusement. Si cette mission avait été réalisée dans son concept original, elle aurait été lancée par la navette spatiale en décembre 1984, atteignant Vénus en mai 1985 et cartographiant environ 50 % de la surface en six mois d’opérations orbitales. Malheureusement, le prix élevé de VOIR a fait glisser sa date de lancement prévue au plus tôt en 1987 et a finalement précipité l’annulation du programme en 1982.
Une réincarnation simplifiée de VOIR est revenue sur le devant de la scène environ un an plus tard, sous le nouveau nom de Venus Radar Mapper (VRM) et en 1985, elle a été officiellement nommée « Magellan ». Dans les mois qui ont précédé la perte de Challenger en janvier 1986 , Magellan s’est manifesté pour un lancement de navette utilisant le propulseur à carburant liquide Centaur-G de General Dynamics sur la mission 81I en avril 1988. Selon le manifeste de la navette de novembre 1985 de la NASA, le vol de deux jours avec un équipage de quatre astronautes aurait vu Magellan déployé sur une orbite terrestre basse à une altitude d’environ 184 miles (296 km).
Après le déploiement et l’allumage de son Centaur-G, il serait entré dans une « orbite héliocentrique de type I » et aurait été livré à 180 degrés autour du Soleil pour atteindre Vénus en août 1988. Insertion du vaisseau spatial construit par Martin Marietta Corp., qui comprenait un un « bus » stabilisé à trois axes et des palettes solaires jumelles, dominées par une antenne parabolique pour les communications à gain élevé et l’imagerie radar – en orbite de Vénus auraient été réalisées par le moteur à combustible solide Star-48 de Magellan.
Cependant, comme indiqué dans un précédent article de fond d’AmericaSpace , le dangereux Centaur-G a été annulé après la tragédie du Challenger et Magellan s’est retrouvé en ligne de base pour voler au sommet de l’étage supérieur inertiel (IUS) à combustible solide de Boeing. Beaucoup moins puissant que le Centaur-G, l’IUS a exigé une conception de trajectoire considérablement modifiée et suite à la reprise des vols de la navette à l’automne 1988, la prochaine « fenêtre de lancement » disponible pour atteindre Vénus dans des conditions optimales est survenue en octobre 1989. Cependant, cette La fenêtre s’est rapidement avérée intenable, puisque la mission Galileo de la NASA à destination de Jupiter – dont la propre dépendance à l’IUS après la disparition du Centaur-G a conduit à une refonte de la trajectoire qui comprenait elle-même un survol de Vénus – était déjà prévue pour le créneau d’octobre 1989.
En conséquence, Magellan s’est avéré voler pendant une période de quatre semaines du 28 avril au 28 mai 1989. Son « orbite héliocentrique de type IV » transporterait le vaisseau spatial 1,5 fois autour du Soleil en un temps de trajet beaucoup plus long de 15 mois, mais d’un autre côté, la nouvelle trajectoire offrait les avantages d’une énergie de lancement et d’une vitesse d’approche de Vénus plus faibles, tout en permettant à Magellan d’atteindre la planète par son pôle nord. Cela a permis à l’équipe de Magellan d’effectuer des bandes de cartographie dans une direction nord-sud, l’inverse de ce qui avait été prévu pour une trajectoire de type I boostée par Centaur.
En mars 1988, les astronautes de la NASA Dave Walker, Ron Grabe, Mark Lee, Norm Thagard et Mary Cleave ont été affectés à STS-30, la mission de navette qui devait livrer Magellan sur son chemin. À cette époque, les concepteurs avaient passé les tests d’un article de test structurel au printemps et à l’été 1987, après quoi Martin Marietta s’est mis au travail pour construire le vaisseau spatial lui-même.
En avril 1988, son radar à synthèse d’ouverture (SAR) construit par Hughes a été livré de Los Angeles, Californie, à l’usine de Martin Marietta à Denver, Colorado, où il a été installé sur le « bus » Magellan pour des tests de vide thermique. Six mois plus tard, le vaisseau spatial complet est arrivé au KSC et a commencé un long processus d’intégration de l’antenne à gain élevé, du module radar et des panneaux solaires. En février 1989, Magellan était attaché au booster IUS et quelques semaines plus tard, il était déplacé vers le Pad 39B et chargé à bord de la navette Atlantis. Ce serait la première fois que la navette lançait une sonde vers un autre monde.
Six heures après le début de STS-30, étroitement surveillé par Cleave et Lee, la pile Magellan/IUS a été déployée pour commencer son périple de 15 mois vers Vénus. Dans l’esprit de Cleave, à cet instant, la responsabilité de la charge utile passa du Johnson Space Center (JSC) à Houston, au Texas, au Jet Propulsion Laboratory (JPL) à Pasadena, en Californie, et elle craignait que plus elle restât longtemps à bord du navette, plus il y avait de chances que quelque chose tourne mal. « Débarrassez-vous de cette chose », a-t-elle plaisanté à l’historien oral de la NASA. « Premier jour, c’est parti ! »
Dix minutes après avoir quitté Atlantis, les panneaux solaires de Magellan se sont parfaitement déployés et une paire de « brûlures » IUS plus tard dans la journée a préparé le vaisseau spatial pour son transit vers Vénus. Au cours des 15 mois suivants, il a utilisé ses propulseurs alimentés en hydrazine pour maintenir son cap et a dûment atteint sa destination le 10 août 1990.
Dans l’ensemble, le voyage n’a rien de remarquable, bien que Magellan ait subi de faux problèmes avec son détecteur d’étoiles – que les contrôleurs de vol ont attribué au bombardement de protons lors des éruptions solaires ou à la perte de particules du vaisseau spatial lui-même – et des « pics » de température persistants dans son Star- 48 moteur. Bien que ce dernier n’ait jamais atteint un état grave, les responsables ont choisi d’utiliser l’antenne à gain élevé pour protéger le moteur et les baies d’équipement de Magellan du rayonnement solaire et maintenir les températures dans une plage acceptable.
Peu après midi HAE le 10 août , le Star-48 de 15 000 livres (6 800 kg) a reçu l’ordre de tirer pendant 83 secondes alors que Magellan volait « derrière » Vénus et le contact a été perdu, comme prévu, à 12 h 41 HAE. Il a été récupéré 15 minutes plus tard et une insertion réussie en orbite a été confirmée. Ainsi a commencé une phase de vérification en orbite (IOC) de trois semaines, au cours de laquelle l’équipe radar a ajusté les paramètres de ses instruments, avant le premier cycle de cartographie « réel ». L’orbite initiale était elliptique et a amené Magellan à 183 miles (295 km) et jusqu’à 4 823 miles (7 762 km) de Vénus.
Malheureusement, les premiers mois sur la planète ont été loin d’être fluides. Le 16 août, le contact avec le vaisseau spatial a été perdu pendant près de 24 heures et une autre interruption des communications s’est produite quelques jours plus tard, avant que le premier cycle de cartographie de la région polaire nord de Vénus ne commence le 15 septembre. Un mois plus tard, alors que la Terre et Vénus approchaient de la conjonction supérieure avec le Soleil, la cartographie a été suspendue pendant quelques jours, mais les malheurs de Magellan n’étaient pas encore terminés, car le vaisseau spatial a subi une troisième perte de communication à la mi-novembre .
« Des pertes de données mineures occasionnelles sont attendues de temps à autre, lorsque le système d’articulation et de contrôle d’attitude interrompt l’exécution », a rapporté la NASA, mais a souligné que « les systèmes embarqués et les logiciels de protection ont été améliorés pour minimiser toute perte de données ». Quelques jours plus tard, les ordinateurs au sol ont été blâmés lorsque Magellan s’est mis en mode sans échec et que quatre orbites de cartographie ont été perdues, mais à la fin novembre 1990, la mission semblait revenir régulièrement sur la bonne voie.
En fait, malgré ces premiers problèmes de démarrage, les responsables de la mission étaient convaincus que Magellan pourrait atteindre son objectif de couverture de 70 % de Vénus d’ici la fin de son premier cycle de cartographie de 243 jours. Début décembre, 32,9 % de la planète avaient été photographiés, y compris la vaste zone continentale d’Ishtar Terra et la montagne de 11,2 km de haut, Maxwell Montes. Des pentes montagneuses saupoudrées d’une substance métallique, bien qu’étant de la pyrite de fer, ont été observées, ainsi que des éléments volcaniques en forme de dôme et de vastes formations géologiques en forme de fer à cheval. Ce succès a été tempéré par plusieurs orbites de perte de données et un taux d’erreur élevé de l’un des deux enregistreurs de données radar de Magellan.
Le succès s’est progressivement amélioré en 1991 et les efforts pour mieux protéger le vaisseau spatial de la chaleur solaire intense en raccourcissant ses passes de cartographie radar et en tournant périodiquement les panneaux solaires de 90 degrés pour réduire les niveaux d’ensoleillement incident ont été couronnés de succès. En avril, une stratégie « Two Hide » – qui plaçait une partie du vaisseau spatial à l’ombre de l’antenne à gain élevé deux fois par orbite, pour garder l’électronique au frais – a été mise en œuvre.
Vénus a livré à contrecœur plus de ses secrets, offrant un aperçu de la nature de sa surface et de son atmosphère et des preuves d’un volcanisme en cours et d’une éventuelle activité tectonique. Les données de Magellan ont également confirmé que le nombre et la taille relative des cratères d’impact étaient globalement conformes aux prévisions avant le vol, suggérant que l’atmosphère dense avait agi comme un bouclier contre un bombardement météoroïde important.
Des vents de surface turbulents et une atmosphère ancienne, peut-être âgée de 400 à 800 millions d’années au moins, ont également été évoqués par le vaisseau spatial. Magellan a révélé que Vénus évacuait de la chaleur interne , à travers des points chauds ovales géants appelés « couronnes », de vastes structures circulaires appelées « arachnoïdes » et des coulées de lave en forme de pétales , et ses mesures ont été utilisées pour examiner les mouvements de poussière et faire des déductions sur les vitesses du vent dans la basse atmosphère .
Au début de son deuxième cycle en mai 1991, le vaisseau spatial avait cartographié 84% de la surface, qui a grimpé à 90% fin juillet, malgré des pertes de données périodiques et des pertes de contact occasionnelles . Magellan a observé un canal de 4 200 milles (6 800 km) de long – plus long que le Nil – et a révélé que 85% de Vénus est recouverte de roches volcaniques, dont la plupart représentent des coulées de lave qui ont formé les grandes plaines de la planète.
En septembre 1992, après avoir imagé environ 99% de la surface, l’orbite de Magellan a été abaissée de 186 miles (300 km) à 111 miles (180 km) pour la cartographie gravimétrique globale . Et de mai à août 1993, le vaisseau spatial a été le pionnier de la technique de « l’aérofreinage », dans laquelle il a plongé dans la haute atmosphère de Vénus et a utilisé les effets de la traînée pour réduire son orbite d’une elliptique à une circulaire pour un meilleur rendement scientifique. Les observations de surface depuis l’orbite elliptique avaient été floues à haute altitude et l’aérofreinage a affiné l’orbite de Magellan à une période à peu près équivalente aux missions de navette en orbite terrestre basse.
Pourtant, la fin de la mission approchait inexorablement. Au début de 1994, un financement supplémentaire a été accordé pour achever la cartographie gravimétrique jusqu’en septembre, qui a révélé peu de changements à la surface en 500 millions d’années ou plus. Et en septembre, une expérience d’une semaine « moulin à vent » a vu les contrôleurs tourner les panneaux solaires du vaisseau spatial dans des directions opposées pour mesurer avec soin les pressions moléculaires dans la haute atmosphère. Quelques semaines plus tard, début octobre, cinq manœuvres de compensation d’orbite ont abaissé le point proche de l’orbite de Magellan à 86 miles (139 km) pour une collecte de données plus aérodynamique. Malgré l’augmentation des températures sur ses panneaux solaires, le vaisseau spatial robuste est resté stable jusqu’à la toute fin.
Mais la fin était en effet proche. Finalement, les tensions du bus principal du vaisseau spatial ont atteint 24,7 volts et, malgré les prédictions selon lesquelles le contact serait perdu s’il tombait en dessous de 24 volts, ce n’est qu’à 20,4 volts que la panne de courant a finalement mis la batterie de Magellan hors ligne. Le contact a été officiellement perdu à 6 h 02 HAE le 12 octobre 1994 , mettant fin à l’une des missions les plus réussies jamais entreprises dans le domaine des sciences spatiales.
Quatre-vingt-dix-huit pour cent de la surface ont été cartographiés à des résolutions supérieures à 1 000 pieds (300 mètres) et la campagne de cartographie gravimétrique de Magellan avait couvert 95 pour cent de Vénus. « Les données provenant des images radar de Magellan, ses études atmosphériques et ses manœuvres d’acquisition de données gravimétriques », a expliqué le responsable du projet JPL Douglas Griffith, « ont constitué une vaste base de données de nouvelles connaissances sur Vénus et la formation du système solaire qui sera étudié par les scientifiques pour les décennies à venir.
Sonde spatiale de Magellan
En 1989, la sonde spatiale Magellan a été emportée dans la soute par la mission STS-30 de la navette spatiale Atlantis lancée depuis le centre spatial Kennedy en Floride. La sonde spatiale porte le nom de l’explorateur portugais du XVIe siècle Ferdinand Magellan. Il s’agissait du premier vaisseau spatial planétaire à être libéré d’une navette en orbite terrestre. Il est arrivé à son orbite polaire prévue autour de Vénus le 10 août 1990, qu’il a encerclé une fois toutes les 3 heures 15 minutes. Alors que la planète tournait lentement en dessous, Magellan a collecté des images radar de la surface en bandes d’environ 17 à 28 km (10 à 17 mi) de large et a renvoyé l’information par radio. Sa mission comprenait la prise d’autres mesures. Le 11 octobre 1994, il a été dirigé vers la surface, collectant des données jusqu’à ce qu’il brûle dans l’atmosphère.
Voyage to Venus: Remembering NASA’s Magellan Mission, 30 Years On
http://astro.if.ufrgs.br/solar/magellan.htm
https://www.nasa.gov/mission_pages/shuttle/shuttlemissions/archives/sts-30.html