Osiris-Rex : répétition sur un astéroïde

La sonde américaine Osiris-Rex s’apprête à collecter des échantillons sur la surface de l’astéroïde Bennu à l’été. Mais la manoeuvre étant risquée, les ingénieurs de la NASA procèdent à des répétitions.

Les différentes phases de la mission Osiris-Rex en 2020 (crédit University of Arizona)

La mission Osiris-Rex, pour Origins-Spectral Interpretation-Resource Identification-Security-Regolith Explorer (soit : origines – interprétation des spectres – détermination des ressources – sécurité – explorateur de régolithe), a pour objectif de collecter des échantillons à la surface de l’astéroïde Bennu et les ramener sur Terre.

La sonde se situe à environ 230 millions km de la Terre. Les communications mettent 13 minutes pour arriver depuis la Terre (ou venir de la sonde sur Terre). Les manoeuvres de la sonde doivent donc être envoyées à l’avance, téléchargées à bord de l’ordinateur de bord. Il n’est pas possible d’envoyer rapidement une télécommande pour éviter une erreur.

Positions relatives d’Osiris-Rex et de la Terre en fonction des événements de la mission (crédit NASA)

Dans ces conditions, une erreur de trajectoire lors de la collecte pourrait être fatale.

De plus, l’astéroïde Bennu ne fait que 492 mètres au plus large.

Série d’images prises par la sonde OSIRIS-REx montrant Bennu lors d’une rotation complète à une distance d’environ 80 km. La caméra PolyCam de l’engin spatial a obtenu les 36 images de 2,2 millisecondes sur une période de quatre heures et 18 minutes. (Crédit: NASA / Goddard / Université de l’Arizona)

Les ingénieurs de la NASA font donc des répétitions avant le jour J et amènent la sonde de plus en plus près de la surface de l’astéroïde.

Réalisés et prévisionnels des altitudes les plus basses effectuées par Osiris-Rex (crédit University of Arizona)

De plus en plus près de la surface

Le 3 mars, la sonde a réalisé un premier passage très bas sur le site d’échantillonnage Nightingale, descendant jusqu’à 250 mètres de la surface.

Le 3 mars, OSIRIS-REx a effectué un survol à basse altitude du site Nightingale. Pendant le passage, les observations scientifiques de l’astéroïde Bennu ont eu lieu à une distance d’environ 250 m (crédit: University of Arizona)

Le survol a duré 5 heures. Pour ce faire, la sonde a quitté son orbite de sécurité située à 1 kilomètre de la surface de l’astéroïde. L’objectif principal de ce survol à basse altitude était de collecter des images haute résolution des matériaux de surface du site.

Un nouveau système de navigation développé

En raison du sol très caillouteux de l’astéroïde Bennu, les ingénieurs ont dû en effet développer une nouvelle méthode de navigation appelée Natural Feature Tracking (NFT) [Suivi des caractéristiques naturelles des français] en complément du LIDAR, système similaire au radar, mais qui utilise des impulsions laser plutôt que des ondes radio pour mesurer la distance.

Au cours de la collecte d’échantillons, le Natural Feature Tracking (NFT) guidera OSIRIS-REx jusqu’à la surface de l’astéroïde Bennu. La sonde prend des images en temps réel des caractéristiques de la surface de l’astéroïde au fur et à mesure de sa descente, puis compare ces images avec un catalogue d’images embarquées (crédit: NASA / Goddard / University of Arizona)

Le NFT est une technique de navigation optique qui nécessite la création d’un catalogue d’images haute résolution à bord de la sonde, et le survol du 13 mars y a fortement contribué.

L’équipe d’ingénieurs de la NASA a utilisé le catalogue d’images en conjonction avec les données de l’altimètre laser d’OSIRIS-REx (OLA) pour créer des cartes 3D qui modélisent étroitement la topographie de Bennu. Dans le cadre du NFT, ces cartes documentent les hauteurs des rochers et les profondeurs des cratères, et éloignent le vaisseau spatial des dangers potentiels tout en ciblant un très petit site. Pendant ses descentes, si la sonde prédit qu’elle touchera un terrain dangereux, elle s’éloignera de manière autonome de la surface. Cependant, si elle constate que la zone est exempte de dangers, elle continuera à descendre.

Au cours de la collecte d’échantillons, le Natural Feature Tracking (NFT) guidera OSIRIS-REx jusqu’à la surface de l’astéroïde Bennu. La sonde prendra des images en temps réel des caractéristiques de la surface de l’astéroïde au fur et à mesure de sa descente, puis comparera ces images avec un catalogue d’images embarquées. La sonde utilisera ensuite ces marqueurs géographiques pour s’orienter et cibler avec précision le site de collecte. Les cartes des dangers font également partie du système de guidage NFT ; elles documentent les hauteurs des rochers et les profondeurs des cratères. Pendant la descente, si la sonde prédit qu’elle touchera un terrain dangereux (rouge / jaune), elle s’éloignera de manière autonome de la surface. Cependant, si elle constate que la zone est exempte de dangers (vert), elle continuera à descendre et tentera de prélever un échantillon (crédit NASA/Goddard/University of Arizona)

Point de contrôle

La première répétition de collecte d’échantillon a été réalisée le 14 avril. La sonde a effectué 2 des 4 manoeuvres de la séquence d’échantillonnage : allumage des moteurs depuis l’orbite de sécurité et la manoeuvre de Checkpoint (point de contrôle en français).

Simulation montrant la trajectoire et la configuration d’OSIRIS-REx pendant la répétition Checkpoint, qui était la première fois que la mission pratiquait les premières étapes de la collecte d’un échantillon de l’astéroïde Bennu (crédit: NASA / Goddard / University of Arizona)

Le Checkpoint est l’emplacement où la sonde vérifie de façon autonome sa position et sa vitesse avant d’ajuster sa trajectoire vers le bas vers l’emplacement de la troisième manœuvre pour l’échantillonnage de matériaux à la surface de l’astéroïde.

Quatre heures après avoir quitté son orbite de 1 km de sécurité, la sonde a effectué la manœuvre de Checkpoint à une altitude approximative de 125 mètres au-dessus de la surface de Bennu. De là, Osiris-Rex a continué à descendre pendant neuf minutes sur une trajectoire vers, mais sans atteindre, l’emplacement de la troisième manœuvre de l’événement d’échantillonnage, le «Matchpoint». En atteignant une altitude d’environ 75 m, Osiris-Rex a effectué un allumage de ses moteurs pour revenir sur son orbite de sécurité.

Cette série d’images du 14 avril montre le champ de vision de l’instrument SamCam à mesure qu’Osiris-REx s’approche et s’éloigne de la surface de l’astéroïde Bennu. Ces images ont été enregistrées sur une période de dix minutes entre 120 m et 65 d’altitude. Le mécanisme d’acquisition d’échantillons Touch-And-Go (TAGSAM) est visible dans la partie centrale de l’image ; le site d’échantillonnage Nightingale est visible dans les images suivantes, en haut. 
Le gros rocher sombre que la sonde approche mesure 13 mètres sur sa plus grande longueur. La séquence a été créée en utilisant plus de 30 images prises par la caméra SamCam (crédit NASA / Goddard / University of Arizona)

Pendant la répétition, la sonde a déployé avec succès son bras d’échantillonnage, le mécanisme d’acquisition d’échantillons TAGSAM (Touch-And-Go Sample Acquisition Mechanism), depuis sa position pliée jusqu’à la configuration de collecte d’échantillons. 

Représentation du déploiement du bras TAGSAM (crédit NASA Goddard)

De plus, certains des instruments de la sonde ont collecté des images scientifiques et de navigation et ont fait des observations spectrométriques du site d’échantillonnage, comme cela se produira pendant la vraie collecte d’échantillons.

Vue étiquetée du plateau porte-instruments d’OSIRIS-REx avant son lancement au centre spatial Kennedy de la NASA (credit NASA)

Cette première répétition a permis à l’équipe d’ingénieurs de la NASA de s’entraîner à naviguer dans le vaisseau spatial à la fois au départ de l’orbite et aux manœuvres de Checkpoint et de vérifier que les systèmes d’imagerie, de navigation et de télémétrie ont fonctionné comme prévu pendant la première partie de la séquence de descente. La répétition de Checkpoint a également confirmé à l’équipe que le système de guidage NFT [lire plus haut] d’OSIRIS-REx estimait avec précision la position et la vitesse de la sonde par rapport à Bennu lors de sa descente vers la surface.

Séquence détaillée de la répétition « checkpoint » d’Osiris-Rex (crédit crédit NASA Goddard / University of Arizona) – cliquez sur l’image pour le document en grand format

Mise à jour du 24/04/2020

La NASA vient de publier une nouvelle série d’images capturée le 14 avril lors de la première répétition de la collecte d’échantillons :

Séquence de plus de 100 images prises par la caméra NavCam 2 d’Osiris-Rex montrant la répétition du 14 avril (crédit NASA / Goddard / University of Arizona / Lockheed Martin)

Ces images montre le champ de vision de la caméra de navigation (NavCam 2) alors que la sonde s’approche et s’éloigne de la surface de l’astéroïde Bennu. Ces images ont été capturées sur une période de trois heures. La séquence d’imagerie commence environ une heure après la manœuvre de départ de l’orbite et se termine environ deux minutes après la manoeuvre de retour. Au milieu de la séquence, la sonde pivote, de sorte que la NavCam 2 regarde vers l’espace. Peu de temps après, il effectue un dernier balayage pour diriger à nouveau la caméra (et le bras d’échantillonnage) vers la surface. Vers la fin de la séquence, le site Nightingale apparaît en bas du cadre. 

Une autre répétition prévue en juin : Match Point

Le 23 juin prochain, la deuxième répétition amènera Osiris-Rex de l’orbite à un « Matchpoint » (balle de match en français), où elle survolera le lieu d’échantillonnage avant un retour en orbite à une altitude inférieure à celle du 14 avril, entre 40 et 25 mètres.

Simulation des répétitions de survol rapproché d’Osiris-Rex (crédit NASA Goddard)

Et si tout se passe bien, OSIRIS-REx devrait s’approcher de l’astéroïde pour un atterrissage tactile afin de collecter au moins 60 grammes de matériel de la surface de Bennu, en août. OSIRIS-REx ramènera les échantillons sur Terre en septembre 2023 pour analyses par des scientifiques avec une instrumentation bien plus performante qu’un engin spatial peut embarquer. Objectif : rechercher des signes de matière organique et d’autres produits chimiques de l’origine du Système Solaire

Comme Hayabusa-2, Osiris-Rex est une mission passionnante !

Tous les articles sur la mission Osiris-Rex, ses objectifs et son déroulé sur : https://reves-d-espace.com/tag/osiris-rex/

Source principale : le site Osiris-Rex

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