Pioneer 10 : direction le système solaire extérieur !

Eric Bottlaender
Spécialiste espace
21 juillet 2021 à 17h34
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Pioneer 10 vue d'artiste © NASA
Vue d'artiste de Pioneer 10 au-dessus des nuages de Jupiter. Poétique... Crédits NASA

Pour préparer le « Grand Tour » du Système solaire, il fallait des missions de préparation. Pioneer 10 fut la première à se diriger vers Jupiter, et à se frotter aux impressionnants défis de cet environnement très exigeant. Une mission oubliée aujourd'hui au profit de ses descendantes…

Et très risquée pour son époque !

Partir pour Jupiter, un exercice complexe

Pour que les deux sondes Voyager puissent décoller en 1977 et réaliser l'incroyable « Grand Tour » qui les a menées près de Jupiter, Saturne, Uranus et Neptune, il a fallu une préparation aussi intense qu'elle fut menée avec les moyens du bord. Le comité décisionnel de la NASA a en effet compris dès 1964 que de telles missions sont possibles, mais à cette époque les moyens technologiques n'ont permis que de survoler Venus et Mars, et aucun véhicule n'a encore eu les moyens de manœuvrer pour se mettre en orbite lunaire. Alors pour envoyer des missions dépasser Jupiter, il y a un monde. Cependant, un groupe de travail se met en place, le « Outer Space Panel », présidé par James Van Allen. Le travail de lobbying finit par payer, car les technologies de satellites et les instruments scientifiques ne cessent de progresser. En février 1969, la NASA valide les projets Pioneer 10 et 11. Avant même d'avoir posé le pied sur la Lune, les USA se préparent à envoyer des sondes vers Jupiter…

Si les calculs et les observations depuis la Terre (et même l'orbite) apportent leur lot d'informations, difficile en effet de prévoir l'intégralité du voyage. Quid, par exemple, du passage de la ceinture d'astéroïdes ? Les scientifiques savent déjà que ce ne sera pas une barrière comme dans les récits de science-fiction, mais ne connaissent pas la densité de la population d'astéroïdes sur place, ni s'il y a présence de poussières ou de perturbations… Et l'environnement de Jupiter fait lui aussi l'objet de nombreuses spéculations (en particulier son rayonnement électromagnétique et radiatif). Pioneer 10, qui restera une « petite » sonde vis-à-vis de ce qui est en préparation pour l'avenir, aura donc la mission importante de passer proche de Jupiter, et d'émettre au moins deux ans pour valider le principe d'un voyage au long cours.

Pioneer 10 avant décollage 2 © NASA
Les équipes au sol étaient loin de se douter qu'elles avaient produit une sonde qui allait résister 40 ans. Crédits NASA

Poids plume et rendement maximum

Avec ses 259 kg tout compris, Pioneer 10 est effectivement un véhicule très efficace pour son époque, en particulier compte tenu de son imposante antenne, autour de laquelle tout le véhicule est conçu. Littéralement « autour », d'ailleurs, puisqu'une fois dans l'espace, la sonde est stabilisée par rotation : elle tourne sur elle-même à raison de 4,8 tours par minute, dans l'axe de l'antenne, laquelle est stabilisée dans la direction de la Terre. La mission embarque 11 petits instruments scientifiques, conçus dans le but de mesurer en particulier les conditions dans lesquelles évolue le véhicule. Plaque de détection d'impact de micro-météorites, analyseur de plasma, détecteur de particules à haute énergie, magnétomètre, radiomètre, il faut pouvoir documenter en particulier le passage de la ceinture d'astéroïde et surtout le voisinage de Jupiter et de ses lunes. Il y a tout de même un capteur produisant des images, mais ce dernier a un angle très fermé, ce qui génère une suite de bandes d'images qu'il faut ensuite regrouper et modifier pour obtenir une « photographie » fidèle.

Une autre nécessité concerne la production d'énergie. Avec les rendements d'alors, impossible d'envisager une mission lointaine avec des panneaux solaires. Pour économiser la masse et rendre Pioneer 10 viable, la décision est prise de l'équiper avec quatre petits générateurs RTG au plutonium 238 : la chaleur dégagée par le matériau est convertie en puissance électrique, à raison de 155 watts le jour du décollage. C'est un record pour l'époque, mais à moins d'avoir des problèmes très particuliers lors de la traversée de l'atmosphère (les générateurs RTG sont particulièrement blindés), cela ne pose pas de problème de faisabilité. La conception puis l'assemblage de la sonde sont confiés à l'entreprise TWR, qui tient ses délais… Le décollage est donc fixé à 1972 !

Pioneer 10 Atlas Centaur © NASA
Esthétique très seventies pour cette préparation au décollage de Pioneer 10 ! Crédits NASA

Décollage à haut risque !

Pioneer 10 s'envole de Floride vers Jupiter le 2 mars 1972 sous la coiffe d'une fusée Atlas-Centaur, un système considéré comme fiable après des débuts, disons, peu flamboyants dans la décennie précédente. Mais ce lanceur ne suffit pas pour envoyer la sonde sur une trajectoire directe vers la géante gazeuse. On lui a donc ajouté un étage supérieur STAR-37E, qui n'est autre qu'un petit propulseur à poudre spécialement préparé pour cette mission. Même si Pioneer-11 est presque déjà prête (les deux véhicules sont conçus sur la même base), le véhicule « 10 » est très attendu par la communauté scientifique : son approche de Jupiter en décembre 1973 doit apporter les données pour préparer les survols suivants, en particulier ceux des deux sondes Voyager… Pour lesquels la fenêtre de tir, restreinte, est imposée par la rotation des planètes.

Voyager au calme

En réalité, et au soulagement général, le trajet vers Jupiter est mené absolument sans aucun incident. La ceinture d'astéroïdes est franchie sans détecter d'accroissement majeur de poussières spatiales, et fin 1973, Pioneer 10 peut s'approcher de Jupiter. La trajectoire est ajustée pour un passage à seulement 132 000 km de la surface de la géante gazeuse, ce qui peut sembler beaucoup. Mais en réalité, c'est moins d'un diamètre de Jupiter ! En plus d'étudier son environnement magnétique, ses émissions de particules chargées et de photographier sa « surface », Pioneer 10 va expérimenter un effet de fronde gravitationnelle et accélérer grâce à cette approche de la géante.

Pioneer 10 Jupiter © NASA / Ames Research Center
Si vous trouvez ça "pas terrible" c'est normal, et c'est aussi grâce à ces images très difficiles à reconstituer au sol que les équipes ont appris à faire mieux pour des photos optiques dans les missions suivantes. Crédits NASA/Ames Research center

Ce premier survol de Jupiter est un succès retentissant. Malgré la difficulté liée à la prise de vue, les photographies de la planète géante sont d'une meilleure qualité que ce qu'il est alors possible d'atteindre sur Terre, et de nombreuses mesures concernent les lunes principales de Jupiter, ce qui va donner lieu à de nombreuses publications, et va permettre comme prévu de mieux préparer les survols suivants pour Pioneer 11 et surtout les deux sondes Voyager. Pioneer 10 survit très bien à son survol, et s'échappe à grande vitesse tout en continuant de communiquer avec le réseau d'antennes longue distance de la NASA, le « Deep Space Network » qui lui attribue des temps d'écoute.

En route pour le grand inconnu

Pioneer 10 est devenu le premier véhicule à foncer vers les confins du Système solaire, et se dirige vers la constellation du Taureau. Il se situe aujourd'hui juste au-delà de la ceinture de Kuiper , avec encore un long, très long trajet avant de ne plus ressentir l'influence de notre étoile. Pour une mission de démonstration, elle a excédé toutes les attentes, car grâce à ses générateurs RTG et à un management de l'énergie électrique absolument sans faille, les équipes au sol ont pu continuer à réceptionner des données cohérentes jusqu'en 2003 ! Depuis, les signaux de Pioneer 10 sont trop faibles pour être reçus, et la sonde s'est probablement tant refroidie que ses systèmes internes sont gelés.

Pioneer 10 plaque humains © NASA
Sur Pioneer 10, il y avait aussi ça. Crédits NASA

Si un jour ils sont découverts par d'autres êtres, ces derniers auront à déchiffrer l'une des fameuses « plaques » sur ses flancs, tentative succincte d'expliquer l'origine de la sonde et à quoi ressemblent des humains.

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