Uranus, Neptune dans le viseur de la NASA pour une nouvelle mission robotique

 La mission Voyager 2 de la NASA a capturé cette image d'Uranus lors de son survol de janvier 1986, la seule rencontre avec la géante de glace lointaine. Crédit: NASA
La mission Voyager 2 de la NASA a capturé cette image d’Uranus lors de son survol de janvier 1986, la seule rencontre avec la géante de glace lointaine. Crédit: NASA

La NASA a demandé aux scientifiques d’évaluer comment concevoir et piloter des sondes spatiales robotiques vers Uranus et Neptune, les dernières planètes classiques du système solaire encore en orbite, garantissant probablement que les énormes mondes glacés sont près du sommet de la liste des tâches de l’agence spatiale dans les décennies à venir.

Dirigé par le Jet Propulsion Laboratory, l’étude examinera des idées d’orbiteurs qui pourraient être envoyés à Uranus et Neptune à la fin des années 2020 ou au début des années 2030 et étudiera les structures, la composition et les systèmes lunaires étendus de la planète géante.

L’un des objectifs de l’étude sera de concevoir une plate-forme spatiale commune qui pourrait être développée en deux exemplaires et lancée vers Uranus et Neptune pour environ 2 milliards de dollars chacun, selon Jim Green, chef de la division des sciences planétaires de la NASA.

Mais Green a déclaré que les scientifiques devraient examiner des concepts réduits qui pourraient être développés à moindre coût.

« Nous voulons identifier des concepts potentiels à travers un éventail de prix », a déclaré Green lundi lors d’une réunion d’un groupe de travail scientifique parrainé par la NASA et consacré à la recherche sur les planètes extérieures. « L’un de nos (obstacles) à la réalisation des missions est l’énorme prix qu’il faut pour pouvoir atteindre le système solaire externe. »

L’étude est la première étape bureaucratique d’un effort pluriannuel impliquant des évaluations indépendantes des coûts et techniques, un examen scientifique par les pairs et une budgétisation fédérale avant qu’une mission sur l’une des planètes géantes glacées ne passe de la planche à dessin à la réalité, a déclaré Green.

Les résultats de l’étude seront présentés à un panel de scientifiques siégeant au Conseil national de recherches au début des années 2020. Le comité du CNRC se réunit une fois par décennie pour établir les principales priorités pour les 10 prochaines années de recherche en sciences planétaires, produisant un rapport qui classe les concepts de mission pour examen par les décideurs de la NASA.

La politique de l’agence spatiale est de suivre les recommandations de l’enquête décennale.

Une mission vers Uranus ou Neptune sera probablement une mission phare de plusieurs milliards de dollars dans le moule de l’orbiteur Cassini de la NASA volant autour de Saturne et d’une sonde récemment approuvée pour survoler à plusieurs reprises la lune glacée de Jupiter Europa.

 La sonde Voyager 2 de la NASA a rencontré Neptune en août 1989. Crédit: NASA
La sonde Voyager 2 de la NASA a rencontré Neptune en août 1989. Crédit: NASA

Le budget de la NASA pour la science planétaire ne peut soutenir le développement d’une mission aussi coûteuse à la fois, de sorte que seul un travail de faible niveau sur un projet phare de suivi est abordable jusqu’après le départ de la mission Europa en 2022.

« De toute évidence, il ne sera pas facile de pouvoir, même après avoir mis Europa à notre actif, exécuter la prochaine grande mission, mais nous devons progresser pour comprendre nos priorités scientifiques et examiner cela d’une manière qui nous préparera pour la prochaine décennie, mais aussi utiliser les nouvelles technologies et capacités apparues (depuis la dernière enquête décennale) », a déclaré Green lundi.

Le dernier rapport d’enquête décennal publié en 2011 fixait les principaux objectifs scientifiques planétaires de la NASA comme une mission de retour d’échantillons sur Mars et une sonde vers Europe.

Le prochain rover martien de la NASA, dont le lancement est prévu pour 2020, collectera et stockera des spécimens de roches pour les récupérer et les ramener sur Terre par une future mission, réalisant ainsi la première étape d’une odyssée multi-missions visant à ramener des échantillons de la surface de la planète rouge. Et la NASA a officiellement approuvé la sonde de survol d’Europa plus tôt cette année pour évaluer l’habitabilité de la lune glacée.

Un orbiteur Uranus était en troisième position dans l’enquête décennale de 2011, mais le budget de la NASA maintiendra la mission au sol au moins jusqu’à la fin des années 2020. Cela signifie que l’approbation finale de la mission par la NASA dépend de son bon déroulement lors de la prochaine évaluation décennale par le Conseil national de recherches.

Il est probable qu’une mission robotique dédiée à Titan, la lune de Saturne, qui possède des mers et des rivières d’hydrocarbures liquides comme le méthane, et une autre mission phare vers Mars pour collecter les échantillons collectés par le rover 2020.

Une mission d’atterrisseur ou de rover vers Vénus pourrait également bénéficier d’un soutien dans le prochain rapport décennal. La surface du monde étouffant enveloppé de nuages n’a pas été explorée depuis les missions d’atterrisseur de l’ère soviétique dans les années 1980.

La NASA devrait demander des études conceptuelles similaires sur d’autres principaux candidats pour de futures missions phares en vue de la prochaine enquête décennale, mais Uranus et Neptune sont les premiers du lot.

 Un concept pour un orbiteur Uranus et une sonde d'entrée atmosphérique a été évalué lors du dernier rapport de relevé décennal publié en 2011. Crédit: Relevé décennal NASA/NRC
Un concept pour un orbiteur Uranus et une sonde d’entrée atmosphérique a été évalué lors du dernier rapport de relevé décennal publié en 2011. Crédit: NASA / NRC Decadal Survey

Les orbiteurs d’Uranus et de Neptune s’appuieront presque certainement sur des batteries nucléaires alimentées au plutonium, et le financement par le gouvernement américain de la production supplémentaire de plutonium de qualité spatiale garantit que ces projets disposeront des ressources énergétiques dont ils ont besoin, a déclaré Green.

Les ingénieurs emballent des pastilles de plutonium-238, l’isotope conçu pour l’électricité dans l’espace, dans des générateurs de radio-isotopes. La désintégration naturelle du plutonium 238 produit de la chaleur, qui est transférée par des couples thermoélectriques pour produire de l’électricité.

« Ce serait après 2023, alors que nous entrons dans la prochaine décennie, que nous envisagerions d’utiliser la puissance des radioisotopes pour ces missions, si elles survivaient au processus décennal, ce que je suis sûr qu’elles le feront », a déclaré Green lundi.

L’énergie nucléaire est nécessaire pour les sondes situées aux confins du système solaire, où la lumière solaire est insuffisante pour les panneaux solaires. La mission New Horizons de la NASA à Pluton, la mission Cassini à Saturne et le rover Curiosity sur Mars reposent actuellement sur des sources d’énergie au plutonium.

Uranus orbite à environ 1,8 milliard de kilomètres du soleil, plus de trois fois plus loin que Jupiter, et Neptune est positionnée à 2,8 milliards de kilomètres.

Les autres objectifs de l’étude du JPL comprennent l’évaluation de la façon dont les sondes de recherche Uranus et Neptune pourraient bénéficier de technologies de capteurs avancées, telles que des instruments compacts et des caméras à haute résolution. Green a déclaré que l’étude examinera également comment le puissant système de lancement spatial de la NASA, qui est envisagé pour le lancement de la mission Europa en 2022, pourrait permettre des missions plus grandes, plus capables et moins risquées vers Uranus et Neptune qui pourraient faire le voyage en une fraction du temps possible si les sondes utilisaient une fusée plus petite.

« Il y a ce sentiment souterrain que nous devons revenir au système solaire externe, mais c’est tellement difficile », a déclaré Heidi Hammel, une astronome planétaire qui est vice-présidente exécutive de l’Association des Universités pour la recherche en astronomie. « Nous travaillons sur la technologie pour que ce ne soit pas si difficile et si cher. »

 Neptune et sa plus grande lune Triton sont représentés dans cette vue de la mission Voyager 2 de la NASA en 1989. Crédit: NASA
Neptune et son plus grand Triton lunaire sont représentés dans cette vue de la mission Voyager 2 de la NASA en 1989. Crédit: NASA

La NASA a également chargé le JPL d’identifier les moyens pour les partenaires internationaux de participer aux missions et de créer une équipe de définition scientifique pour Uranus et Neptune.

Certains scientifiques considèrent Uranus et Neptune comme la prochaine étape logique de l’exploration stratégique du système solaire, et les orbiteurs de l’une ou des deux énormes planètes pourraient arriver environ un demi-siècle après leurs premières rencontres par la sonde Voyager 2 de la NASA.

« La décennie planétaire place une mission Uranus très haut », a déclaré Green aux journalistes en juillet lors d’un briefing lors du survol de Pluton par New Horizons. « Même s’il s’agit de planètes géantes — Uranus et Neptune —, elles présentent de nombreuses différences de composition majeures par rapport aux grandes géantes gazeuses — qui sont principalement l’hydrogène et l’hélium — qui sont Saturne et Jupiter. Nous appelons cela — Uranus et Neptune – des géants de glace parce qu’ils ont beaucoup d’ammoniac et d’autres matériaux. »

Les scientifiques pensent qu’Uranus et Neptune sont composées principalement de roche et de glace, avec une atmosphère dense et stratifiée. Les chercheurs ne savent pas où ils ont eu autant de glace, mais certains experts pensent qu’Uranus et Neptune ont été bombardés d’objets primordiaux gelés de la ceinture de Kuiper, un anneau de proto-mondes glaciaux au-delà de Neptune qui contient Pluton et des dizaines d’autres planètes naines de la taille d’une nation.

Les découvertes surprenantes du survol de Pluton par New Horizons, révélant le monde glacial diminutif pour montrer des signes d’écoulements glaciaires apparents et d’activité géologique en cours, ont renouvelé l’attention sur les confins lointains du système solaire, pour la plupart inexplorés, tels que la ceinture de Kuiper.

« Notre nouvelle frontière est la partie extérieure du système solaire », a déclaré Green.

Au moins certaines des lunes des planètes géantes extérieures, comme le Triton de Neptune, sont probablement des vestiges intacts de l’ancienne ceinture de Kuiper capturée il y a des milliards d’années.

« Si nous voulons retourner à un Objet de la Ceinture de Kuiper (après New Horizons), nous n’aurons peut-être pas à aller dans la ceinture de Kuiper pour l’obtenir », a déclaré Green en juillet. « Nous voudrions peut-être aller à Neptune pour visiter Triton, qui est plus proche. Bien que Neptune soit à une sacrée distance, elle n’est toujours pas aussi loin que certains objets de la ceinture de Kuiper. »

 La NASA a créé ce tableau de comparaison de taille pour les planètes extérieures géantes du système solaire basé sur des images des missions Voyager. Crédit: NASA / JPL-Caltech
La NASA a créé ce tableau de comparaison des tailles des planètes géantes extérieures du système solaire basé sur des images des missions Voyager. Crédit: NASA / JPL – Caltech

 » Je pense que les arguments scientifiques pour une future mission vers l’une — ou les deux – des géantes de glace sont solides, et je m’attends à ce qu’elles soient bien placées dans la prochaine enquête décennale », a déclaré Mark Hofstadter, un scientifique planétaire qui a dirigé des études pour une mission Uranus à la fin des années 2000.

« L’annonce hier de Jim Green signifie que la prochaine décennie sera mieux placée pour identifier une mission réaliste et capable, et son coût », a déclaré Hofstadter à Spaceflight Now.

Pour William McKinnon, géologue planétaire à l’Université de Washington à St. Louis, une autre visite à Uranus ou à Neptune serait fascinante, raconte-t-il maintenant.

Mais McKinnon, qui analyse actuellement de nouvelles données sur Pluton à partir de nouveaux horizons, soulève une préoccupation souvent négligée parmi les scientifiques travaillant sur des sondes vers des destinations lointaines: il faut des décennies pour concevoir, construire et piloter une telle mission, suivie de plusieurs années de calcul des données.

 » Une mission géante de glace, vraisemblablement un orbiteur, est hélas au-dessus de l’horizon en ce qui concerne ma durée de vie, alors je salue ceux qui vivront pour la voir ! »

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Suivez Stephen Clark sur Twitter : @StephenClark1.

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