Hayabusa-2 : collecte d’échantillons réussie sur Ryugu

Après les atterrissages des petits modules Minerva et Mascot au dernier trimestre 2018, la sonde japonaise Hayabusa-2 vient de réaliser l’un de ses objectifs principaux : la première collecte d’échantillons de la surface de l’astéroïde Ryugu.

Image immédiatement après le toucher, prise par la caméra ONC-W1 le 22/02/2019 à 07:30 (heure de la machine) à une altitude de 30 m ou moins. La tache sombre a été formée par les jets des propulseurs allumés pour remonter la sonde (Crédit image: JAXA, université de Tokyo, université de Kochi, université de Rikkyo, université de Nagoya, institut de technologie de Chiba, université de Meiji, université d’Aizu, AIST)

 

Vendredi 22 février, la sonde s’est rapprochée de la surface de Ryugu et l’a touchée brièvement (opération appelée touchdown).

La collecte d’échantillons a été réalisée par le SMP (Sampler Horn, cornet d’échantillonnage), quasi-identique à celui de la première sonde Hayabusa.

Le cornet d’échantillonnage en position repliée sur Hayabusa-2 (credit JAXA)

 

Le cornet de l’échantillonneur sur Hayabusa2 capturé avec la caméra CAM-H le 14 août 2018 (Crédit : JAXA)

Lorsque le bout du cylindre a touché la surface de l’astéroïde, elle a tiré une petite balle à l’intérieur du cornet et les matériaux éjectés de la surface sont montés dans la partie supérieure de la « trompe » et sont arrivés dans la zone de stockage. Le mécanisme est designé de telle sorte que les échantillons ne peuvent pas en ressortir. Pour Hayabusa-2, une nouvelle méthode de scellement a été développée, plus hermétique, afin que les gaz volatils tels que les gaz rares puissent être ramenés hermétiquement sur Terre dans la capsule de retour d’échantillons. Trois chambres de stockage ont été prévues pour réaliser 3 collectes d’échantillons.

 

Une descente en mode autonome

L’explorateur d’astéroïdes Hayabusa-2 se trouvait à environ 20 km au-dessus du centre de Ryugu quand il a commencé sa descente de façon autonome, une fois l’heure de démarrage de la séquence atteinte. Pour rappel, Hayabusa-2 et Ryugu se situent à environ 300 millions de kilomètres de Terre. Il faut environ 18 minutes pour envoyer les instructions de fonctionnement par onde radio et atteindre la sonde. Si elle rencontre un obstacle en descendant, personne sur Terre ne pourra intervenir à temps pour éviter la catastrophe.  Pendant la séquence d’atterrissage, l’engin spatial surveille de manière autonome si la séquence progresse normalement. Si elle est jugée anormale, l’avortement est effectué automatiquement afin d’assurer la sécurité de la sonde. Mais ce 22 février, cela n’a pas été nécessaire : tout s’est passé comme attendu !

Grâce à son LIDAR (altimètre laser) et à ses 4 faisceaux laser (Laser Range Finder) émis de manière légèrement oblique depuis la face de l’engin tournée vers le sol, la sonde a pu descendre sans encombres.

Séquence d’atterrissage présentée avant le 22/02/2019 donc horaires estimés (credit JAXA)

Pour plus de détails techniques sur cet « atterrissage », rendez-vous sur la présentation, en anglais, de la JAXA.

Une préparation minutieuse

En 2005, la première sonde Hayabusa n’avait pas réussi à collecter qu’une très faible quantité de matériau de l’astéroïde Itokawa en raison de plusieurs anomalies (lire cet article d’Enjoy Space).

Initialement prévue à fin octobre 2018, la JAXA avait préféré repousser la première collecte d’échantillons en février 2019. En effet, les images rapportées par les rovers Minerva-2 [à la surface de Ryugu par Minerva-II-1] et Mascot [Incroyables images de Mascot sur Ryugu] avaient montré de nombreux rochers à la surface de l’astéroïde. Pour une collecte sans risque pour la sonde, la JAXA avait préféré prendre son temps dans l’analyse des données, et elle a eu raison !

 

La sélection du site d’atterrissage a commencé en août 2018 [lire Atterrissage de Mascot : ce sera sur MA-9 !] : un site à ± 30° de latitude par rapport à l’équateur de Ryugu pour avoir les panneaux solaires de la sonde parallèles à la surface de l’astéroïde, sachant que pour les communications avec la Terre et l’alimentation du satellite, il est nécessaire de garder les antennes et les cellules solaires de l’engin spatial tournées vers le Soleil ou la Terre.

Plage de latitude appropriée à la descente et à l’atterrissage sur Ryugu. (Crédit : JAXA)

Ce sera L08 :

Localisation des zones d’atterrissage ou de collecte d’échantillons de la mission Hayabusa-2 : N6 pou Minerva-II-1, L08 pour Hayabusa-2 (L07 et M04 en back-up) et MA-9 pour MASCOT (credit JAXA/DLR)

À partir de septembre 2018, plusieurs approches de la surface de Ryugu ont été effectuées afin de préparer l’atterrissage des MINERVA-II1 et de MASCOT. Les ingénieurs de la JAXA en ont profité pour étudier le site candidat au touché, L08. A l’intérieur de la zone L08, ils ont repéré des zones où il y a moins de rochers que d’autres et où les conditions sont probablement les meilleures pour le touché a été désignée L08-B.

Au départ, il était prévu de toucher le sol dans une zone plate d’environ 100 m de large, à cause de la précision du système de guidage de la sonde lors d’une descente autonome estimée à environ ± 50 m. Mais à cause de la présence de gros rochers sur toute la surface de Ryugu, les ingénieurs de la JAXA ont finalement choisi une région d’un diamètre d’environ 6 m !

Emplacement de la collecte de Hayabusa-2 : le touché vise l’intérieur du cercle violet d’environ 6 m de diamètre. La croix indique l’emplacement du marqueur de cible (TM pour Target Maker). L’illustration de la sonde en bas à gauche est à la même échelle que la photo. (Crédit : JAXA).

Le 25 octobre 2018, lors d’une répétition de touchdown, un marqueur de cible (Target Maker TM) a été largué vers L08-B. Le point d’atterrissage résultant pour le marqueur de cible était à environ 5 m de L08-B. Après un examen plus approfondi du voisinage du marqueur de cible, deux endroits pour un toucher possible ont été considérés: L08-B1 et L08-E1.

Sites candidats au toucher L08-B1 (en rouge) et L08-E1 (en vert). Le cercle blanc indique la zone de L08-B, tandis que la croix représente l’emplacement du marqueur de cible TM (Crédit : JAXA)

La taille d’un marqueur cible est d’environ 10 cm de diamètre et le film de réflexion collé autour de lui brille sous un flash émis par Hayabusa-2. Cela permet à la sonde de détecter sa propre position en latéral grâce au repérage de ce « point brillant » par sa caméra de navigation et non pas seulement détecter son altitude avec son Lidar.

Illustration du « dessous » de Hayabusa-2 indiquant les 5 marqueurs sphériques emportées par la sonde (credit JAXA)
Image du marqueur de cible après son atterrissage de Ryugu (la marque blanche dans le cercle vert est le marqueur de cible) prise par la caméra de navigation optique grand angle ONC-W1 le 25/10/2018. Altitude de tir : environ 20 m de Ryugu (Crédit : JAXA)

Au final, en tenant compte de la hauteur des rochers, c’est le site L08-E1 qui a été choisi comme site d’atterrissage.

 

La précision finale du guidage de navigation a été de ± 2,7 m avec cette méthode de repérage de précision appelée pinpoint touchdown.

Une sacrée prouesse pour une sonde à 300 millions de kilomètres de la Terre et surtout pour l’équipe projet de Hayabusa-2 !

Les membres du projet Hayabusa2 le 22 février 2019 (Crédit: ISAS / JAXA)

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