Comet Interceptor

Le projet de mission Comet Interceptor a été soumis à l'Agence spatiale européenne (ESA) en mars 2019 en réponse à un appel à propositions lancé par l'ESA qui souhaitait sélectionner la première mission dite rapide (classe F pour l'anglais fast) de son programme scientifique Cosmic Vision. Les missions de cette catégorie ont une durée du développement inférieure à 8 ans et une masse inférieure à 1000 kg. La proposition a été sélectionnée en juin 2019 et est rentrée à cette date dans une phase d'étude détaillée[1]. La mission doit être confirmée en juin 2022 à l'issue de la phase de faisabilité[2].

L'objectif de la mission est d'étudier les caractéristiques d'une comète ou d'un objet interstellaire n'ayant jamais approché le Soleil et dont les caractéristiques sont donc similaires à celles de leur origine qui remonte à la formation du système solaire. La mission doit mesurer la composition de la surface, la forme de la comète, sa structure ainsi que la composition de sa chevelure. Le recours à trois engins différents doit permettre d'obtenir plusieurs points de vue des interactions entre le vent solaire et la comète. Un objectif secondaire est l'étude du vent solaire en plusieurs endroits dans les phases antérieures et postérieures au survol de la comète[3].

Survoler une comète n'ayant jamais approché le Soleil est un objectif difficile car celle-ci n'est découverte que lorsqu'elle s'approche de l'astre ce qui laisse peu de temps pour préparer et lancer la mission. [4]. La seule méthode permettant de survoler une comète ou un objet interstellaire (comme 1I/ʻOumuamua observé en 2017) avant son premier passage près du Soleil (passage sans doute unique dans le cas d'un objet interstellaire) est de détecter celui-ci suffisamment tôt pour pouvoir lancer une sonde spatiale sur une trajectoire d'interception. Jusqu'à récemment la découverte de nouvelles comètes était réalisée très peu de temps avant son passage près du Soleil (de quelques mois à un an) ce qui ne permettait pas de préparer une mission d'interception. Des programmes d'observation du ciel entier comme Pan-STARRS, ATLAS mais surtout l'observatoire terrestre Vera Rubin qui doit être inauguré au Chili en 2023 permettent de détecter beaucoup plus tôt l'arrivée de nouveaux objets célestes. La comète à période longue comme C/2017 K2 a ainsi été détectée par Pan-STARRS au delà de l'orbite de Saturne dès 2017 alors qu'elle ne doit passer près du Soleil qu'en 2022[5].

La sonde spatiale sera placée au point de Lagrange L₂ du système Terre/Soleil prête à être lancée sur une trajectoire d'interception, une fois l'orbite de la cible mesurée avec précision. L₂ est une position d'attente à la fois stable, proche de la Terre et située hors du puits gravitationnel de la Terre.

La sonde spatiale d'une masse de l'ordre de 600 kilogrammes (initialement 1000 kg mais réduite à la demande de l'agence spatiale) est composée de trois sous-ensembles qui resteront solidaires jusqu'à quelques semaines ou quelques jours du survol de la comète. La sonde spatiale est composée d'une plateforme principale (vaisseau A développé par l'Agence spatiale européenne) chargée des communications avec la Terre et de deux sous-satellites B1 (développé par l'agence spatiale japonaise) et B2 (développée par l'Agence spatiale européenne) dont la masse est de l'ordre de 30 kg. A bord des trois éléments l'énergie est fournie par des panneaux solaires[5]^,[2].

La charge utile est constituée de 10 instruments répartis entre les trois engins qui forment la sonde spatiale[3] :

• Plateforme principale A
  • La caméra CoCa (Comet Camera) fournira des images du noyau de la comète avec une résolution spatiale élevée et dans plusieurs longueurs d'onde.
  • Le spectromètre imageur MIRMIS (Multispectral InfraRed Molecular and Ices Sensor) mesure le rayonnement thermique dégagé par le noyau et fournit la composition moléculaire des gaz de la queue de la comète.
  • L'instrument DFP (Dust, Field, and Plasma) doit effectuer des mesures des gaz chargés, des atomes énergétiques neutres, du champ magnétique et de la poussière entourant la comète.
• Sous-satellite B1 (Agence spatiale japonaise)
  • La caméra ultraviolet HI (Hydrogen Imager) étudie le nuage d'hydrogène qui entoure la comète.
  • L'instrument PS (Plasma Suite) étudie les gaz chargés et le champ magnétique autour de la comète
  • La caméra grand angle WAC (Wide Angle Camera) prend des images du noyau durant le survol rapproché de la comète.
• Sous-satellite B2 (Agence spatiale japonaise)
  • La caméra OPIC (Optical Imager for Comets ) cartographie le noyau et les jets de poussière dans différents longueurs d'onde en lumière visible et infrarouge.
  • Le spectromètre de masse MANIaC (Mass Analyzer for Neutrals and Ions at Comets) définit les caractéristiques des gaz qui s'échappent de la comète.
  • La caméra EnVisS (Entire Visible Sky coma mapper) cartographie l'espace autour de la tête de la comète et dans les parties rapprochées de la queue pour identifier les structures changeant au sein de la poussière, des gaz neutres et des gaz ionisés.
  • L'instrument DFP est similaire à l'instrument du même nom emporté par la plateforme A.

Comet Interceptor doit être lancé vers 2029 par une fusée Ariane 62 qui emportera également le télescope spatial européen ARIEL dont la mission est d'étudier l'atmosphère des exoplanètes. Les deux engins spatiaux seront placés au point de Lagrange L₂ situés à 1,5 million de kilomètres à l'opposé du Soleil par rapport à la Terre. La sonde spatiale Comet Interceptor arrivera dans cette position avant que sa cible ne soit connue et elle se mettra en attente de sa découverte par les instruments terrestres. L'observatoire terrestre Vera Rubin qui doit entrer en opérations en 2023 devrait accroitre les probabilités de découvertes précoces de nouveaux corps cométaires. Une fois la cible découverte et sa trajectoire connue la sonde se propulsera alors par elle-même depuis le point L₂ jusqu'à sa destination de manière à couper la trajectoire de l'objet céleste avant que celui-ci n'atteigne le Soleil. Cette interception aura forcément lieu près de l'orbite terrestre et près du plan de l'écliptique car le système de propulsion de la sonde spatiale ne dispose que d'un delta-V de 1,5 km/s (capacité de changement de vitesse). Dans l'hypothèse la plus défavorable (orbite de la comète rétrograde) la vitesse de survol pourrait atteindre 80 km/s mais elle pourrait être également de l'ordre de 10 km/s. Les trois modules formant la sonde spatiale se sépareront un jour avant d'atteindre leur point d'arrivée pour pouvoir s'écarter suffisamment les uns des autres afin de fournir des points d'observation bien distincts. La module principal (A) devrait passer à plus 1000 kilomètres du noyau pour éviter un impact avec les éjectas de la comète. Cette distance pourrait être réduite si la comète n'est pas active. La sonde auxiliaire B1 doit étudier le noyau et la queue de la comète tandis que B2, qui passera particulièrement près du noyau, étudie la structure de la queue interne. L'architecture de la mission prévoit que les deux sondes auxiliaires puissent ne pas survivre à ce survol. Le survol aura lieu entre 2030 et 2035[4]^,[2].