Une dernière orbite : comment et pourquoi la NASA tue son propre vaisseau spatial

Depuis plus d'une décennie, la mission NEOWISE (Near-Earth Object Wide-field Infrared Survey Explorer ) de la NASA recherche dans le ciel des objets géocroiseurs. Grâce à sa vision infrarouge, le vaisseau spatial, qui est en orbite au-dessus de la surface de la Terre, a recherché des astéroïdes et des comètes dans tout le système solaire et a été utilisé pour identifier ceux qui pourraient s'approcher de la Terre.

Vous reconnaîtrez peut-être ce nom car il a été utilisé pour l'une des découvertes de la mission, la comète NEOWISE , qui était la comète la plus brillante depuis plus de 20 ans lorsqu'elle a survolé la Terre en 2020.

Mais la mission NEOWISE touchera bientôt à sa fin, car le vaisseau spatial tombera dans l'atmosphère terrestre et brûlera. L’équipe se prépare à cette fin au début de l’année prochaine et obtient les dernières données scientifiques possibles du vaisseau spatial avant qu’il ne soit plus utilisable.

Une mission peut se terminer de plusieurs manières. Si un vaisseau spatial dépend de l’énergie solaire, comme beaucoup le sont, il risque de s’essouffler à mesure que ses panneaux perdent en efficacité. C'est ce qui est arrivé à l' atterrisseur InSight sur Mars , car ses panneaux solaires étaient recouverts de poussière transportée par les vents qui s'accumulaient au fil du temps jusqu'à ce qu'il ne puisse finalement plus générer suffisamment d'énergie pour continuer à fonctionner. Ou encore, un vaisseau spatial en orbite peut manquer de propulseur et ne plus être en mesure de s'orienter et de renvoyer des informations à la Terre, comme cela s'est produit avec le télescope spatial Kepler .

Parfois, une mission n’est plus nécessaire car elle a été remplacée par une technologie plus récente et meilleure. Le télescope spatial Spitzer , par exemple, était un pionnier dans le domaine de l'astronomie infrarouge, mais avec le lancement du télescope spatial James Webb, plus puissant, à l'horizon, il n'était plus nécessaire.

Mais qu’arrive-t-il à un vaisseau spatial une fois sa mission terminée ? Comment faites-vous pour désactiver ces choses ? Nous avons discuté avec les membres de l'équipe de NEOWISE, une mission de la NASA qui se prépare à être mise hors ligne l'année prochaine, pour le savoir.

Une grande fin

Certains vaisseaux spatiaux peuvent dériver en toute sécurité dans l’espace tant qu’il n’y a aucune chance qu’ils heurtent quoi que ce soit ou causent des dommages. C'est ce qui est arrivé à Spitzer, qui s'éloignera doucement de la planète pendant les 50 prochaines années environ alors qu'il tourne autour du soleil et suit la Terre.

Les engins spatiaux en orbite autour des planètes doivent cependant être éliminés avec soin. Lorsque la mission Cassini vers Saturne a pris fin , l'objet a été plongé de façon dramatique dans l'atmosphère de la planète, ou désorbité, de sorte qu'il se soit délibérément brisé et détruit. Cela garantissait qu’il n’y avait aucune chance qu’il puisse contaminer l’une des lunes de Saturne, qui pourraient être potentiellement habitables. La descente finale a également permis de réaliser un certain nombre de nouvelles recherches incroyables sur l'atmosphère de Saturne.

Le vaisseau spatial NEOWISE est en orbite autour de la Terre, il doit donc également être éliminé en toute sécurité. Les préoccupations sont que le vaisseau spatial ne devrait pas devenir un débris spatial, un problème croissant sur certaines orbites, et que sa désorbitation ne devrait pas constituer un danger pour quiconque se trouve au sol.

Ce dernier point n’est pas acquis. Il y a eu des cas où des morceaux d'engins désorbités ont atterri sur le sol, comme avec la station spatiale Skylab, tombée de son orbite en 1979, dont des morceaux ont atterri en Australie .

Aujourd’hui, les missions doivent planifier la manière dont elles seront désorbitées avant même leur lancement.

Une équipe spécialisée du JPL (Jet Propulsion Laboratory de la NASA) analyse à quoi ressembleront les ruptures en fonction de facteurs liés au vaisseau spatial, comme sa masse et sa vitesse. Cela rend les effets d’une désorbitation prévisibles.

"Il y a très peu de chances, voire aucune, que des débris tombent et blessent quelqu'un", a déclaré Joseph Hunt, chef de projet pour NEOWISE au JPL. L'orbite du vaisseau spatial va chuter, le faisant brûler dans l'atmosphère terrestre au début de l'année prochaine.

"Nous voulons terminer cette mission avec élégance", a déclaré Hunt.

Pourquoi NEOWISE se termine

NEOWISE ne manque pas de carburant – il n’a pas de propulseur à bord – et n’est pas non plus devenu une antiquité. Mais l’activité du soleil force sa disparition.

Le vaisseau spatial se trouve sur une orbite terrestre basse, à environ 300 milles de la surface de la planète, ce qui signifie qu’il est affecté par l’atmosphère de la planète.

« Le soleil émet constamment des particules chargées et des radiations à plusieurs longueurs d’onde. Ce qui se produit lorsqu'il atteint l'atmosphère terrestre, c'est qu'il peut provoquer son gonflement. Cela peut provoquer une extension de l’atmosphère un peu au-delà de son altitude normale », a expliqué Amy Mainzer, chercheuse principale de la mission NEOWISE.

Le soleil fonctionne selon un cycle d'activité d'environ 11 ans, parfois plus actif et parfois moins. NEOWISE a eu de la chance et a commencé sa mission prolongée pendant une période appelée minimum solaire, lorsque l'activité du soleil était faible. Et il s’agit d’un minimum solaire particulièrement calme, donc l’atmosphère a été moins étendue que d’habitude. Tout cela a permis au vaisseau spatial de survivre plus longtemps.

Mais cette faible activité solaire ne dure pas éternellement et nous entrons maintenant dans une période d’activité solaire accrue, avec davantage de rayonnements provenant d’événements tels que les éruptions solaires affectant l’atmosphère. Et cela signifie la fin du vaisseau spatial.

« On pourrait penser que nous sommes dans l'espace, à environ 500 kilomètres d'orbite, on pourrait penser que c'est totalement exempt d'atmosphère. Mais pas tout à fait », a déclaré Mainzer. "Il en reste un tout petit peu, et c'est suffisant pour provoquer des forces de traînée qui tirent sur le vaisseau spatial et finalement l'entraînent dans l'atmosphère."

Sans propulsion embarquée, le vaisseau spatial ne peut pas reculer ou se déplacer vers une autre orbite. Il ne peut tourner que sur place, c'est donc « une bataille que nous ne pouvons pas gagner », a déclaré Mainzer.

Sachant que la fin approche, l'équipe NEOWISE fixe une date à laquelle elle est à l'aise pour terminer la mission. Le problème est qu’à mesure que la traînée de l’atmosphère augmente, il devient de plus en plus difficile de contrôler le vaisseau spatial, et la capacité de le contrôler diminue considérablement et rapidement.

"En fin de compte, les lois de la physique dictent toujours ce qui se passe", a déclaré Mainzer. "En fin de compte, cela dépend vraiment de Mère Nature."

Une seconde vie

NEOWISE est en activité depuis 2013, ce qui signifie qu'elle a connu une bonne période de fonctionnement de 11 ans. Mais en fait, il en est déjà à sa seconde vie. C'est parce qu'il s'agissait auparavant d'une mission totalement différente appelée WISE.

WISE, ou Wide-field Infrared Survey Explorer, a été lancé en 2009 et a été conçu pour étudier les objets du système solaire et au-delà, y compris la Voie lactée et les galaxies plus lointaines. À son époque, la mission a découvert des milliers de petits objets appelés planètes mineures, ainsi que de nombreux amas d’étoiles. Il a également découvert le premier cheval de Troie terrestre, un astéroïde qui partage une orbite avec la Terre.

La mission a utilisé des détecteurs infrarouges, qui doivent être refroidis à des températures très froides pour fonctionner. La température d’origine n’était que de 8 Kelvin, obtenue en utilisant de l’hydrogène solide comme liquide de refroidissement.

Mais le liquide de refroidissement s'épuise. En 2011, sa mission était terminée et son liquide de refroidissement avait disparu, le vaisseau spatial a donc été mis en hibernation. "Je pensais que c'était la fin de l'histoire", a déclaré Mainzer.

Mais plus tard, en 2013, la NASA s'est intéressée à l'utilisation d'un vaisseau spatial pour rechercher des objets géocroiseurs, et l'équipe a réalisé que le vaisseau spatial WISE pourrait être capable de le faire. Il a été réactivé et refroidi à sa nouvelle température de fonctionnement pendant plusieurs mois. Le vaisseau spatial s'est stabilisé à 75 Kelvin, "ce qui pour un scientifique cryogénique est comme une chaude journée d'été", a déclaré Mainzer.

À cette température plus élevée, deux de ses quatre canaux ne fonctionneraient pas correctement, mais les deux canaux restants pourraient toujours être utilisés à des fins scientifiques. Au cours de la dernière décennie, le vaisseau spatial a étudié le ciel, à la recherche – et à la découverte – de milliers d’objets géocroiseurs à l’aide de millions de mesures infrarouges.

"Cela a été un jackpot cosmique incroyable de gagner autant de temps à bord du vaisseau spatial", a déclaré Mainzer. "Cela n'était pas censé arriver."

Dire au revoir

Même si NEOWISE touche à sa fin, il ne lui faudra pas longtemps avant de trouver un successeur. La mission NEO Surveyor, dont le lancement est prévu pour 2027, est également un vaisseau spatial infrarouge inspiré par le succès de NEOWISE. Il bénéficiera des améliorations apportées aux détecteurs infrarouges, qui sont devenus beaucoup plus puissants au cours des dernières décennies grâce en partie à la technologie pilotée par les caméras des téléphones portables.

Mainzer sera également le PI de NEO Surveyor et est déjà occupé à superviser l'arrivée du matériel pour le vaisseau spatial avant l'intégration.

Avant ce lancement, cependant, l'équipe travaille toujours à la clôture de la mission NEOWISE et de tout ce qu'elle implique. La NASA n'aime pas présenter la fin des missions, a déclaré Hunt, préférant se concentrer sur les nouveaux lancements ou les données nouvellement acquises. Mais ils veulent s'assurer que la mission se termine en fanfare, ce qui implique de parler aux médias et de célébrer les réalisations de la mission, ainsi que de préparer des rapports et des documents internes.

Sans oublier que le vaisseau spatial continue à faire de la science jusqu’à la dernière minute possible, les opérations de la mission doivent donc être maintenues. "Avec ces missions, on ne sait jamais quand la plus grande science possible pourrait être rendue publique, ou quand la plus grande observation pourrait avoir lieu", a déclaré Hunt. « Cela pourrait être la veille de l’extinction ! »

Lorsque viendra le dernier jour de la mission, ce sera une expérience douce-amère pour l’équipe. NEOWISE a accompli bien plus au cours de ses multiples vies que ce à quoi on s'attendait, mais ce sera quand même triste de le voir disparaître.

« D’une certaine manière, ces vaisseaux spatiaux sont de petites extensions de vous-même. C'est comme tes yeux dans le ciel. Vous pouvez voir ce qu'il voit », a déclaré Mainzer. Mais, a-t-elle ajouté, ce qui la pousse à entreprendre la prochaine mission, c'est le plaisir qu'elle et l'équipe ont eu avec NEOWISE. Passons maintenant à la prochaine aventure, elle a dit : "Allons voir d'autres bonnes choses !"