D’ici un peu moins d’une dizaine d’années, la sonde JUICE sera en orbite autour de Jupiter. Un an avant son lancement, nous avons pu lui rendre visite dans la salle anéchoïque d’Airbus où elle est en train de subir une batterie de tests. C’était aussi l’occasion de discuter avec les responsables de cette mission « lourde » de l’Agence spatiale européenne.

La mission JUICE (JUpiter ICy moons Explorer) a été validée en 2012 par l'Agence spatiale européenne (ESA). Comme son nom l'indique, elle doit observer le monstre qu'est Jupiter – la plus grande planète de notre Système solaire – ainsi que trois de ses lunes : Europe, Ganymède et Callisto. Nous avons déjà longuement détaillé ce mini système dans notre dossier sur le Système solaire. 

• Jupiter : planète géante dépourvue de surface solide, protectrice du Système solaire

De manière plus générale, cette mission doit également permettre d'apporter des éléments de réponse à deux des principaux thèmes du programme Cosmic Vision de l'ESA : « Quelles sont les conditions pour la formation de planètes et l'émergence de la vie ? Et comment fonctionne le Système Solaire ? ».  JUICE est d’ailleurs la première mission lourde (L1) de ce programme s’étalant sur 2015 - 2025. 

Airbus aux commandes, lancement dans un an

En 2015, Airbus a été sélectionné par l'Agence spatiale européenne « comme maître d'œuvre pour la conception, le développement, la production et les essais d'un nouveau vaisseau spatial nommé "JUICE" ». Divers partenaires internationaux sont choisis pour construire les instruments scientifiques.

Juice devait décoller cette année, mais plusieurs paramètres, dont la pandémie mondiale de Covid-19, ont conduit à repousser la date. Le lancement est désormais prévu pour le 5 avril 2023, dans tout juste un an. Le planning mis à jour prévoyait initialement un décollage en mars 2023, mais un nouvel itinéraire a été identifié entre temps, il permet de gagner plusieurs mois de trajet en partant en avril de l’année prochaine. 

Un trèèèèès long voyage de près de 8 ans

La fenêtre de tir durera environ trois semaines à partir du 5 avril 2023. En cas de problème, une nouvelle s’ouvrira en aout 2023. Si besoin, au moins une fenêtre de tir par an sera disponible ; on n’est donc pas dans le cas d‘ExoMars qui doit attendre deux ans à chaque fois.

Après le décollage, le voyage durera près de... 8 ans ! La sonde utilisera plusieurs fois l’assistance gravitationnelle pour aller finalement se catapulter jusqu'à Jupiter. Le responsable de mission chez Airbus nous explique qu'Ariane 5 ne pourra donner que 15 % de l’énergie nécessaire à son long voyage.

Avant son décollage, le satellite est pour le moment installé dans une chambre anéchoïque (elle-même dans une salle blanche) d'Airbus à Toulouse. Nous avons pu nous rendre sur place afin de discuter avec les scientifiques en charge de la sonde. On vous explique la partie technique de la mission et dans la prochaine partie de notre dossier nous reviendrons sur les enjeux des tests et les attentes de la mission.

• À la découverte de la sonde JUICE, dans la salle blanche et anéchoïque d’Airbus
• JUICE : l’importance des tests avant de partir pour Jupiter, les objectifs de la mission (à venir)

Juice en configuration de vol… ou presque

La sonde telle que nous avons pu la voir était dans sa configuration de vol à deux exceptions près : les panneaux solaires n’étaient pas encore installés et son antenne de près de 17 mètres n’était pas la version qui partira dans l’espace, mais un modèle de qualification.

La raison est simple : l’antenne devra se déplier dans l'espace et les mécanismes ne sont pas prévus pour être ouverts et fermés un trop grand nombre de fois (l’opération se déroulera une seule fois dans l’espace). Dès que c’est possible, la doublure officielle (en tout point identique) est donc utilisée. Pour le reste, il s'agit donc de la sonde telle qu'elle partira dans l'espace. 

Elle était d’ailleurs « en marche » lorsque nous sommes rentrés dans la pièce, mais tous les équipements radio avaient été éteints… pour notre sécurité. Dans la salle, de petits capteurs émettaient un bip strident de temps en temps, c’était le signe que le niveau d’exposition aux ondes est bon. En cas de bip continu, il aurait fallu quitter la salle en urgence. 

Bien évidemment, la sonde était alimentée et reliée à des machines de contrôles via des câbles, que l’on peut voir sur le sol de la chambre anéchoïque (les murs absorbent les ondes électromagnétiques).

On voit bien l’antenne de 17 mètres (qui se prolonge derrière la sonde) sur la gauche.

Une grande et une petite paraboles, des usages multiples

Sur les photos vous ne pouvez pas louper l'antenne principale de JUICE – la grande parabole blanche – qui a une double utilité. Elle permet d’envoyer des données vers la Terre, mais elle fait aussi office de bouclier thermique lors des manœuvres dans le Système solaire interne. La parabole sera constamment dirigée vers le Soleil afin de protéger la sonde. Les instruments sont prévus pour fonctionner dans des conditions de froid extrême, alors que les premières années ils pourront être soumis à des températures « élevées » ; il faut donc les protéger. 

On peut voir sur la gauche des images une seconde petite antenne parabolique, noire cette fois-ci. Elle est montée sur un bras articulé lui permettant de s'orienter comme bon lui semble en fonction des besoins. Première fonction : communiquer avec la Terre lorsque l'antenne principale jouera son rôle de bouclier et pointera vers le Soleil.

Elle aura une seconde utilité lors du survol des lunes de Jupiter. Durant ces manœuvres, l’altitude pourra d’ailleurs n’être que de 400 km, soit celle de la Station spatiale internationale par rapport à notre bonne vieille Terre. Lors des rase-mottes, l’orientation de la sonde sera dictée par les besoins des instruments scientifiques, l’antenne principale ne sera donc pas toujours orientée comme il faut. Les scientifiques ont néanmoins besoin de pouvoir communiquer avec la Terre durant ces opérations, la petite parabole sera donc mise à contribution.

L’antenne principale en blanc, la seconde en noir sur la gauche au bout d’un bras articulé

Depuis Jupiter, un download à 50 kb/s

Puisqu'on parle de communication avec la Terre, sachez que le débit maximum pour envoyer des données depuis Jupiter sera de 50 kb/s… et encore, en utilisant les deux bandes de fréquences et les transpondeurs à pleine puissance. De plus, la sonde ne pourra transmettre des données que pendant huit heures par jour.

Le problème, vous le voyez certainement venir : les instruments vont générer bien plus de données chaque jour. Ne cherchez pas une alternative : il n’y a pas d’autre possibilité pour envoyer des données à la Terre. Durant les phases de collecte, les informations sont stockées dans la mémoire de l'ordinateur central et le stockage (1 To environ) est partagé entre tous les instruments, avec un système de quota.

Une approche en deux temps est de la partie : les scientifiques récupèrent d'abord des « miniatures » des données de leurs instruments et décident ensuite d’éventuelles séquences complètes à télécharger. Quand il n’y a rien de bien intéressant, les données sont effacées pour laisser de la place aux suivantes. Les responsables d’Airbus nous expliquent que c'est l'ESA qui sera aux commandes de JUICE, c’est donc elle qui a le dernier mot sur les données à récupérer. Le choix se fera évidemment avec la communauté scientifique.

Les panneaux solaires critiques : pas le droit à l’erreur

L'ordinateur de bord dispose d’un double dans la sonde, qui pourra prendre le relai en cas de problème. La plupart des circuits sont d'ailleurs en double, à quelques exceptions notables. Les panneaux solaires pour commencer. Ils occupent pas moins de 84 m², excusez du peu, et ce sont les plus grands jamais construits pour une mission interplanétaire selon Airbus. Une telle surface est nécessaire pour capter suffisamment d’énergie, car le Soleil sera loin de la sonde, le rendement sera donc sans commune mesure avec ce que l’on a sur Terre. 

Ils sont donc des éléments critiques (c’est-à-dire indispensables à la mission) : la sonde ne pourra pas fonctionner si un seul des deux se déploie par exemple. Les systèmes pyrotechniques sont néanmoins doublés afin d'éviter toute mauvaise surprise lors de leur mise en place. 

Signalons aussi la présence d'un seul moteur principal de 400 newtons (N), mais une « alternative » serait possible en utilisant les petits moteurs (tuyères) chargés d'ajuster la trajectoire de la sonde. Ils sont au nombre de huit, mais leur poussée n'est que de 22 N. On peut voir l’emplacement d’une paire de tuyères sur les photos de la sonde, elles sont derrière la partie en gris clair en bas à gauche de la sonde.

Ne pas oublier avant le lancement : « Remove before flight »

Dans la seconde partie de notre dossier nous reviendrons sur les tests en cours chez Airbus, la configuration particulière de la la « salle » blanche et les attentes scientifiques autour de cette mission.