Cette perspective inhabituelle est une gracieuseté de l’orbite unique de 6,3 ans du vaisseau spatial autour du soleil. Une orbite qui balance Ulysse à la fois au-dessus et au-dessous des régions polaires du soleil et aussi loin que l’orbite de Jupiter.
« La latitude maximale est le début d’une phase de mission importante », a déclaré le Dr Ed Smith, scientifique du projet Ulysse au Jet Propulsion Laboratory de la NASA, à Pasadena, en Californie l’équateur, puis au-dessus de son pôle nord. Cette trajectoire nous fournit un siège aux premières loges pour tous les processus solaires que nous voulons observer. »
Cette phase de la mission devrait renvoyer des observations scientifiques hautement prioritaires révélant le soleil changeant et son effet sur l’espace pendant le minimum continu du cycle de 11 ans des taches solaires. Au cours de cette partie de la mission, Ulysse balayera rapidement le champ magnétique du soleil, les plasmas solaires, le bruit radio solaire, les particules énergétiques, les rayons cosmiques galactiques et la poussière cosmique entre les pôles et l’équateur – donnant une perspective plus complète de l’atmosphère du soleil.
La misomplètes du Soleil pendant plus de 18 ans de service. La sonde a fonctionné plus de quatre fois sa durée de vie prévue et a fait de nombsion conjointe ESA-NASA Ulysse a effectué près de trois orbites creuses découvertes importantes.
Les principales conclusions d’Ulysse comprenaient des données qui montraient qu’il y avait un affaiblissement du vent solaire au fil du temps (qui était à son plus bas niveau en 50 ans en 2008).
Les données de la mission ont indiqué que le champ magnétique solaire aux pôles du Soleil est beaucoup plus faible qu’on ne le supposait auparavant.
Ulysse a aidé à déterminer que le champ magnétique du Soleil « s’inverse » en direction tous les 11 ans.
La rencontre du vaisseau spatial en mai 1996 avec la comète Hyakutake a révélé que les queues des comètes sont beaucoup plus longues que prévu.
Instruments scientifiques
Expérience de plasma éolien solaire BAM
Expérience sur la composition des ions du vent solaire GLG
Expérience de champs magnétiques HED
Expérience sur la composition des particules énergétiques/gaz neutre KEP
Expérience de composition/anisotropie de particules chargées à faible énergie LAN
Expérience SIM sur les rayons cosmiques et les particules solaires
Expérience STO sur les ondes radio/plasma
Expérience sur les rayons X solaires et les sursauts gamma cosmiques HUS
Expérience de poussière cosmique GRU
Premières
Première mission d’étude de l’environnement spatial au-dessus et au-dessous des pôles de notre Soleil
Dates clés
6 octobre 1990 : lancement depuis la soute de la navette spatiale Discovery
8 février 1992 : Ulysse devient le cinquième vaisseau spatial à atteindre Jupiter
26 juin-6 novembre 1994 : Observations du pôle sud du Soleil
19 juin et 30 septembre 1995 : Ulysse passe au-dessus des régions polaires nord du Soleil
12 mars 1995 : Approche la plus proche du Soleil (environ 124 millions de miles ou 200 millions de kilomètres)
1er octobre 1995 : l’ESA prolonge la mission d’Ulysses et la rebaptise Second Solar Orbit
30 juin 2009 : Perte de contact avec le vaisseau spatial
En profondeur : Ulysse
La mission Ulysse était une excroissance de la mission polaire solaire internationale (ISPM) abandonnée qui impliquait à l’origine deux engins spatiaux – un américain et un européen – survolant des pôles solaires opposés pour étudier le Soleil en trois dimensions. Finalement, la NASA a annulé son vaisseau spatial, érodant considérablement la confiance des partenaires internationaux dans la fiabilité de la NASA en tant que partenaire, et la mission a fusionné en un seul vaisseau spatial, fourni par l’ESA.
La charge utile scientifique était partagée par l’ESA et la NASA, la NASA fournissant les générateurs thermoélectriques à radio-isotopes, ou RTG (similaire à la source d’alimentation de Galileo), un lancement de navette spatiale et un suivi depuis le Deep Space Network. Les opérations de contrôle au sol étaient partagées par les Américains et les Européens.
Le véhicule a été conçu pour suivre une trajectoire unique qui utiliserait une assistance gravitationnelle de Jupiter pour le faire passer sous le plan écliptique et au-delà du pôle sud solaire, puis au-dessus de l’écliptique pour survoler le pôle nord.
Finalement, 13 ans après que le conseil scientifique de l’ESA eut approuvé la mission (considérablement retardée par la catastrophe du Challenger), le 6 octobre 1990, environ 7,5 heures après le lancement, Ulysses a été envoyé en orbite héliocentrique via un étage supérieur inertiel/PAM Combinaison moteur -S. La vitesse de fuite était d’environ 10 miles par seconde (15,4 kilomètres par seconde), plus élevée que celle atteinte par l’un ou l’autre des Voyagers ou des Pionniers, et la vitesse la plus rapide jamais atteinte par un objet fabriqué par l’homme à l’époque.
Après une correction à mi-course le 8 juillet 1991, Ulysse est passé à environ 235 000 milles (378 400 kilomètres) de Jupiter à 12 h 02 TU le 8 février 1992, devenant le cinquième vaisseau spatial à atteindre Jupiter.
Après une période de 17 jours à travers et à étudier le système jovien, le vaisseau spatial s’est dirigé vers le bas et est revenu vers le Soleil. À partir de la mi-1993 environ, Ulysse se trouvait constamment dans la région de l’espace dominée par le pôle sud du Soleil, comme l’indique la polarité négative constante mesurée par le magnétomètre.
Les observations polaires sud se sont étendues du 26 juin au 6 novembre 1994, lorsque le véhicule était au-dessus de 70 degrés de latitude solaire. Il a atteint un maximum de 80,2 degrés en septembre 1994. Ses instruments ont constaté que le vent solaire souffle plus vite au pôle Sud qu’aux régions équatoriales.
Volant au-dessus de l’équateur solaire le 5 mars 1995, Ulysse est passé au-dessus des régions polaires nord entre le 19 juin et le 30 septembre 1995 (latitude maximale de 80,2 degrés). L’approche la plus proche du Soleil a eu lieu le 12 mars 1995, à une distance d’environ 124 millions de miles (200 millions de kilomètres).
L’ESA a officiellement prolongé la mission d’Ulysse le 1er octobre 1995, en renommant cette partie comme la deuxième orbite solaire. Trois fois au cours de sa mission, le vaisseau spatial a traversé de manière inattendue des queues de comètes – la première fois en mai 1996 (comète C/1996 B2 Hyakutake), la deuxième fois en 1999 (comète C/1999 T1 McNaught-Hartley) et la troisième fois en 2007 (comète C/2006 P1 McNaught).
Le vaisseau spatial a effectué un deuxième passage au-dessus du pôle sud solaire entre septembre 2000 et janvier 2001 et du pôle nord entre septembre et décembre 2001. À l’époque, le Soleil était au sommet de son cycle de 11 ans ; Ulysse a découvert que le pôle magnétique sud était beaucoup plus dynamique que le pôle Nord et ne disposait d’aucun emplacement clair et fixe.
Le comité du programme scientifique de l’ESA, lors d’une réunion les 5 et 6 juin 2000, a convenu de prolonger la mission Ulysse de fin 2001 au 30 septembre 2004.
En 2003-2004, Ulysse a filé vers son aphélie (le point le plus éloigné de son orbite) et a fait des observations lointaines de Jupiter.
Le comité du programme scientifique de l’ESA a approuvé une quatrième extension de la mission Ulysse afin qu’elle puisse poursuivre ses investigations au-dessus des pôles du Soleil en 2007 et 2008.
Au début de 2008, l’ESA et la NASA ont annoncé que la mission se terminerait finalement dans les prochains mois, après avoir fonctionné plus de quatre fois sa durée de vie. Avec les systèmes de communication défaillants ainsi que l’épuisement de la puissance en raison du déclin des RTG (et permettant ainsi à la carburante hydrazine de son système de contrôle d’attitude de geler), le vaisseau spatial était sur son dernier souffle à ce moment-là. Les opérations de la mission se sont poursuivies à capacité réduite jusqu’à la perte de contact le 30 juin 2009, plus de 18,5 ans après le lancement.
Les principales découvertes d’Ulysse incluent des données qui ont montré qu’il y a un affaiblissement du vent solaire au fil du temps (qui était à son plus bas niveau en 50 ans en 2008), que le champ magnétique solaire aux pôles est beaucoup plus faible qu’on ne le supposait auparavant, que le soleil le champ magnétique « inverse » sa direction tous les 11 ans, et que les petites particules de poussière provenant de l’espace lointain dans le système solaire sont 30 fois plus abondantes qu’on ne le supposait auparavant.
Ulysse était une coentreprise de la NASA et de l’Agence spatiale européenne (ESA) avec la participation du Conseil national de recherches du Canada. Le dernier jour pour les opérations de la mission sur Ulysse était le 30 juin 2009.
Pour étudier le Soleil à toutes les latitudes, la sonde devait changer son inclinaison orbitale et quitter le plan du système solaire – pour changer l’inclinaison orbitale d’un vaisseau spatial, un grand changement de vitesse héliocentrique est nécessaire. Cependant, la quantité nécessaire de changement de vitesse pour atteindre une orbite à forte inclinaison d’environ 80° dépassait de loin les capacités de n’importe quel lanceur. Par conséquent, pour atteindre l’orbite souhaitée autour du Soleil, une manœuvre d’assistance à la gravité autour de Jupiter a été choisie, mais cette rencontre avec Jupiter signifiait qu’Ulysse ne pouvait pas être alimenté par des cellules solaires – la sonde était plutôt alimentée par un générateur thermoélectrique à radio-isotopes (RTG).
Le vaisseau spatial s’appelait à l’origine Odysseus, en raison de sa trajectoire longue et indirecte pour étudier les pôles solaires. Il a été rebaptisé Ulysse, la traduction latine de » Ulysse « , à la demande de l’ESA en l’honneur non seulement du héros mythologique d’Homère mais aussi en référence à la description de Dante dans l’Enfer de Dante. Ulysse devait initialement être lancé en mai 1986 à bord de la navette spatiale Challenger sur STS-61-F. En raison de la perte de Challenger, le lancement d’Ulysse est retardé jusqu’au 6 octobre 1990 à bord de Discovery (mission STS-41).
Vaisseau spatial
Le corps du vaisseau spatial était à peu près une boîte, d’environ 3,2 × 3,3 × 2,1 m. Le boîtier montait l’antenne parabolique de 1,65 m et la source d’alimentation du générateur thermoélectrique radioisotope (RTG) GPHS-RTG . La boîte était divisée en sections bruyantes et silencieuses. La section bruyante jouxtait le RTG; la section silencieuse abritait l’électronique de l’instrument. Les composants particulièrement « bruyants », tels que les préamplis du dipôle radio, étaient entièrement montés à l’extérieur de la structure, et le boîtier agissait comme une cage de Faraday.
Ulysse a été stabilisé en rotation autour de son axe z qui coïncide à peu près avec l’axe de l’antenne parabolique. Le RTG, les antennes fouet et la flèche de l’instrument ont été placés pour stabiliser cet axe, avec une vitesse de rotation nominale de 5 tr/min. À l’intérieur du corps se trouvait un réservoir de carburante hydrazine. Monergol hydrazinea été utilisé pour les corrections de trajectoire en direction de Jupiter, et plus tard utilisé exclusivement pour rediriger l’axe de rotation (et donc, l’antenne) vers la Terre. Le vaisseau spatial était contrôlé par huit propulseurs en deux blocs. Les propulseurs ont été pulsés dans le domaine temporel pour effectuer une rotation ou une translation. Quatre capteurs solaires ont détecté l’orientation. Pour un contrôle d’attitude précis, l’alimentation de l’antenne en bande S a été montée légèrement hors axe. Cette alimentation décalée combinée à la rotation de l’engin spatial a introduit une oscillation dans un signal radio en bande S transmis depuis la Terre lorsqu’il est reçu à bord de l’engin spatial. L’amplitude et la phase de cette oscillation étaient proportionnelles à l’orientation de l’axe de rotation par rapport à la direction de la Terre. Cette méthode de détermination de l’orientation relative est appelée CONSCAN et a été utilisé par les premiers radars pour le suivi automatisé des cibles et également très courant dans les premiers missiles guidés infrarouges.
Le vaisseau spatial utilisait la bande S pour les commandes en liaison montante et la télémétrie en liaison descendante, via deux émetteurs-récepteurs redondants de 5 watts. Le vaisseau spatial utilisait la bande X pour le retour scientifique (liaison descendante uniquement), en utilisant deux TWTA de 20 W jusqu’à l’échec du dernier TWTA restant en janvier 2008. Les deux bandes utilisaient l’antenne parabolique avec des alimentations à focale principale, contrairement aux alimentations Cassegrain de la plupart des autres plats de vaisseau spatial.
Deux magnétophones, chacun d’une capacité d’environ 45 mégabits, stockaient les données scientifiques entre les sessions de communication nominales de huit heures pendant les phases de mission principale et prolongée.
Le vaisseau spatial a été conçu pour résister à la fois à la chaleur du système solaire interne et au froid à la distance de Jupiter. Une couverture étendue et des radiateurs électriques ont protégé la sonde contre les températures froides du système solaire extérieur.
Plusieurs systèmes informatiques (unités centrales/microprocesseurs/unités de traitement de données) sont utilisés dans plusieurs des instruments scientifiques, y compris plusieurs microprocesseurs RCA CDP1802 durcis aux rayonnements. L’utilisation documentée de 1802 comprend des 1802 à double redondance dans le COSPIN et au moins un 1802 chacun dans les instruments GRB, HI-SCALE, SWICS, SWOOPS et URAP, avec d’autres microprocesseurs possibles incorporés ailleurs.
La masse totale au lancement était de 366,7 kg (Modèle : Convert/round lb), dont 33,5 kg étaient de l’hydrazine (utilisée pour le contrôle d’attitude et la correction d’orbite).
Mission
Jusqu’à Ulysse, le Soleil n’était observé qu’à partir des basses latitudes solaires. L’orbite de la Terre définit le plan de l’écliptique, qui ne diffère du plan équatorial du Soleil que de 7,25 degrés. Même les engins spatiaux en orbite directe autour du Soleil le font dans des plans proches de l’écliptique, car un lancement direct sur une orbite solaire à forte inclinaison nécessiterait un lanceur d’une taille prohibitive.
Plusieurs engins spatiaux (Mariner 10, Pioneer 11 et Voyagers 1 et 2) avaient effectué des manœuvres d’assistance par gravité dans les années 1970. Ces manœuvres devaient atteindre d’autres planètes également en orbite proche de l’écliptique, il s’agissait donc principalement de changements dans le plan. Cependant, les aides à la gravité ne se limitent pas aux manœuvres dans le plan ; un survol approprié de Jupiter pourrait produire un changement de plan significatif. Une mission Out-Of-The-Ecliptic (OOE) a ainsi été proposée. Voir l’article Pioneer H.
A l’origine, deux engins spatiaux devaient être construits par la NASA et l’ESA, sous le nom d’International Solar Polar Mission. L’un serait envoyé sur Jupiter, puis sous le Soleil. L’autre volerait sous Jupiter, puis au-dessus du Soleil. Cela fournirait une couverture simultanée. En raison de compressions, le vaisseau spatial américain a été annulé en 1981. Un vaisseau spatial a été conçu et le projet a été refondu sous le nom d’Ulysse, en raison de la trajectoire de vol indirecte et non testée. La NASA fournirait le générateur thermoélectrique à radio-isotopes (RTG) et les services de lancement, l’ESA construirait le vaisseau spatial attribué à Astrium GmbH, Friedrichshafen, Allemagne (anciennement Dornier Systems). Les instruments seraient répartis en équipes d’universités et d’instituts de recherche en Europe et aux États-Unis. Ce processus a fourni les 10 instruments à bord.
Les changements ont retardé le lancement de février 1983 à mai 1986 où il devait être déployé par la navette spatiale Challenger, cependant, la catastrophe de Challenger a repoussé la date à octobre 1990.
Lancement
Ulysse a été déployé en orbite terrestre basse depuis la navette spatiale Discovery. De là, il a été propulsé sur une trajectoire vers Jupiter par une combinaison de moteurs fusées à solide. [9] Cet étage supérieur consistait en un Boeing IUS (Inertial Upper Stage) à deux étages, plus un McDonnell Douglas PAM-S (Payload Assist Module -Special). L’IUS était stabilisé par inertie et activement guidé pendant sa combustion. Le PAM-S n’était pas guidé et lui et Ulysse ont été tournés jusqu’à 80 tr / min pour plus de stabilité au début de sa combustion. Lors de l’épuisement du PAM-S, la pile du moteur et de l’engin spatial a été yo-yo dé-tournée (poids déployés en bout de câbles) à moins de 8 tr/min avant la séparation de l’engin spatial. En quittant la Terre, le vaisseau spatial est devenu l’objet accéléré artificiellement le plus rapide jamais créé et a conservé ce titre jusqu’au lancement de la sonde New Horizons. En route vers Jupiter, le vaisseau spatial se trouvait sur une orbite de transfert elliptique de Hohmann avec un périhélie proche de 1 UA et un aphélie proche de 5 UA, la distance de Jupiter au Soleil. A cette époque, Ulysse avait une faible inclinaison orbitale par rapport à l’écliptique.
Jupiter se balance
Il est arrivé à Jupiter le 8 février 1992 pour une manœuvre de swing-by qui a augmenté son inclinaison sur l’écliptique de 80,2 degrés. La gravité de la planète géante a plié la trajectoire de vol du vaisseau spatial vers le sud et loin du plan écliptique. Cela l’a mis dans une orbite finale autour du Soleil qui le ferait passer les pôles nord et sud du Soleil. La taille et la forme de l’orbite ont été ajustées à un degré beaucoup plus petit de sorte que l’aphélie restait à environ 5 UA, la distance de Jupiter au Soleil, et le périhélie était légèrement supérieure à 1 UA, la distance de la Terre au Soleil. La période orbitale est d’environ 6 ans.
https://solarsystem.nasa.gov/missions/ulysses/in-depth/