Le , aussi nommé 1 et 12, est une sonde spatiale de la NASA lancée le en direction de Vénus afin d'étudier son atmosphère et cartographier sa surface en se plaçant en orbite autour. Développée dans le cadre du programme qui comprenait également la , elle a recueilli des données durant plus de quatorze ans à l'aide de douze expériences scientifiques. La mission a permis de compléter les données collectées par les sondes spatiales du programme spatial soviétique Venera.

Contexte

Le programme marque le retour de la NASA à l'étude de Vénus. Après le survol réussi de cette planète réalisé par (1962) et (1967), l'agence spatiale américaine a concentré ses efforts sur l'exploration de la planète Mars (programme Viking) et des planètes externes du système solaire (programme Voyager). Au début des années 1970, le centre de recherche Ames de l'agence spatiale américaine tente de développer des compétences dans le domaine de l'exploration du système solaire. En 1971, le centre a développé et lancé un prototype de sonde atmosphérique (PAET, ) pour tester le recueil de données scientifiques au cours d'une rentrée atmosphérique. Il étudie la réalisation d'un ensemble de missions à destination de Vénus comprenant au moins un orbiteur et des sondes atmosphériques. Une coopération avec l'agence spatiale européenne de l'époque, l'ESRO, est étudiée en 1972 puis abandonnée. Finalement, la NASA décide en de développer toute seule deux sondes spatiales pour la fenêtre de lancement de 1978. L'appel d'offres pour la réalisation des deux sondes spatiales est remportée par la société Hughes Aircraft. Le coût des missions est relativement modique ( de dollars de l'époque) notamment grâce à l'utilisation d'une plateforme développée pour les satellites de télécommunications de ce constructeur en maintenant 78 % des éléments communs entre les deux sondes spatiales. doit analyser l'atmosphère de la planète grâce à quatre sondes atmosphériques qui seront larguées dans l'atmosphère de Vénus tandis que est chargée de se placer en orbite autour de Vénus et de recueillir des données grâce à une batterie de dont un radar rudimentaire.

Vénus : état des connaissances en 1978

Au milieu des années 1970, les missions soviétiques du programme Venera ont collecté suffisamment de données pour permettre de dresser une image relativement complète de Vénus. L'atmosphère de la planète est constituée de 96,5 % de dioxyde de carbone et de 3,5 % d'azote. À la surface, la pression atteint celle de la Terre au niveau des océans. Entre les altitudes de , on trouve des nuages d'acide sulfurique. Il n'existe que des traces infimes d'eau : 100 parties par million dans l'atmosphère et aucune étendue d'eau libre à la surface. La température en surface est très élevée, atteignant . L'ionosphère est comparable à celle de la Terre mais la planète est dépourvue de champ magnétique significatif. Les plateaux et montagnes de Vénus atteignent des altitudes supérieures à ce qu'on trouve sur Terre mais les parties basses n'atteignent qu'un cinquième de la profondeur des abysses terriennes.

Objectifs Les objectifs de la mission sont : réaliser une cartographie générale de l'atmosphère à l'aide des instruments de télédétection dans les spectres ultraviolet, infrarouge, lumière visible, radio, gamma et en utilisant les occultations radio ; effectuer des mesures de l'atmosphère neutre, de l'ionosphère, et des régions où l'atmosphère vénusienne interagit avec le vent solaire ; cartographier la surface de la planète à l'aide d'un radar.

Caractéristiques techniques

a une masse totale de dont d'instruments scientifiques et pour le moteur principal (dont de propergol). La sonde spatiale repose sur une plateforme commune aux deux sondes du programme dérivée de celle d'un satellite de télécommunications. La plateforme est un cylindre de de diamètre et de de haut. Dans un tube axial qui reprend les forces exercées par la fusée au lancement, est inséré le moteur Star 24 à propergol solide qui fournit de poussée durant pour placer la sonde spatiale en orbite. Ce tube sert d'axe à un plateau circulaire d'une superficie de sur lequel sont fixés les équipements. Un panneau solaire couvrant la majeure partie de la surface verticale du cylindre est rendu solidaire du plateau par . Sous le plateau se trouvent deux réservoirs en titane de de diamètre dans lesquels sont stockés les d'hydrazine utilisés par les moteurs-fusées chargés d'effectuer les corrections de trajectoire et les changements d'orientation. La sonde spatiale est stabilisée par rotation à par minute. Elle dispose de sept propulseurs tous fixés sur le plateau d'équipement : quatre pointent selon un axe perpendiculaire à celui du cylindre et trois pointant vers l'avant et l'arrière du cylindre. L'orientation est déterminée à l'aide de senseurs solaires et d'un viseur d'étoiles.

Pour les communications, la sonde spatiale dispose d'une antenne parabolique grand gain d'un diamètre de fixée au sommet d'un mât long de . L'antenne est maintenue en permanence pointée vers la Terre grâce à deux moteurs qui compensent à la fois la rotation de la sonde et corrigent l'orientation. Deux antennes omnidirectionnelles se trouvant au sommet de mâts fixés au-dessus et en dessous du cylindre de manière à émettre sur viennent compléter ce dispositif. Les émissions se font en bande S (émetteur de ). Un signal en bande X (émetteur de ) est utilisé pour les expériences d'occultation radio. Le débit maximal est de . Les émissions radio sont utilisées pour mesurer la vitesse de la sonde par effet Doppler avec une précision de . La sonde spatiale dispose d'une mémoire de masse de de bits reposant sur deux systèmes d'enregistrement. La capacité de stockage est calculée de manière à conserver les données accumulées durant la phase de l'orbite où Vénus s'interpose entre la sonde et la Terre. 15 persiennes s'ouvrent et se ferment pour assurer le contrôle thermique. Le panneau solaire d'une superficie de est constitué de cellules solaires de fournissant en tout au niveau de l'orbite terrestre et au niveau de celle de Vénus. L'énergie est stockée dans deux batteries nickel cadmium ayant une capacité de stockage de -heures.

Les instruments scientifiques de sont installés sur le plateau à la périphérie de celui-ci. Huit de ces instruments permettent l'observation de la planète, soit en pointant leurs capteurs dans l'axe du cylindre, soit perpendiculairement à celui-ci. Trois instruments utilisent des détecteurs montés au bout de mâts. Les capteurs du magnétomètre sont fixés au bout d'un mât long de comprenant trois sections qui sont déployées par des dispositifs pyrotechniques une fois la sonde spatiale lancée. Les deux détecteurs sphériques mesurant les champs électriques sont montés au bout d'antennes de qui se déploient une fois la coiffe du lanceur larguée. Enfin, le capteur de température des électrons est une antenne de de long déployée une fois le satellite en orbite autour de Vénus.

Instrumentation scientifique

La sonde atmosphérique emporte scientifiques représentant une masse totale de : le photo-polarimètre OCPP chargé de mesurer la distribution verticale des nuages et des particules présentes dans les couches brumeuses de l'atmosphère. Le détecteur est constitué par un télescope de d'ouverture équipé d'une roue à filtres ; le radar ORAD destiné à cartographier les parties de Vénus qui ne peuvent être observées depuis la Terre. L'instrument a une résolution maximale de ; le radiomètre infrarouge OIR chargé de mesurer les émissions en infrarouge de l'atmosphère à différentes altitudes. L'instrument doit déterminer quelles sont les régions de l'atmosphère qui absorbent l'essentiel de l'énergie solaire ; le spectromètre ultraviolet OUVS mesure les caractéristiques du rayonnement ultraviolet émis et diffusé par les nuages reflétant la composition de ceux-ci ; le spectromètre de masse neutre ONMS mesure la densité des atomes et molécules neutres dans les dimensions horizontale et verticale ; le détecteur de plasma OPA mesure les caractéristiques du vent solaire à proximité de Vénus (densité, vitesse, direction et température) à l'aide d'un analyseur d'énergie électrostatique ; le magnétomètre OMAG est destiné à mesurer le champ magnétique faible de Vénus qui joue un rôle important en interagissant avec le vent solaire ; l'instrument de mesure des champs électriques OEFD mesure les ondes de plasma et les émissions radio dans les fréquences 50-. Cet instrument doit contribuer à déterminer comment le vent solaire est dévié par Vénus ; la sonde de températures OETP mesure les caractéristiques thermiques de l'ionosphère ; le spectromètre de masse OIMS mesure la distribution des ions dans l'atmosphère, en particulier des charges positives et leurs concentrations ; l'analyseur d'énergie des ions ORPA mesure l'énergie des ions dans l'ionosphère : vitesse, température et concentration des ions les plus abondants ; le détecteur de sursauts gamma OGBD mesure les émissions gamma en provenance de l'extérieur du système solaire dont l'énergie est comprise entre 0,2 MeV et ; l'expérience de radio science mesure les caractéristiques de l'atmosphère à l'aide d'occultations radio en bande X et S ainsi que les variations du champ gravitationnel de Vénus à travers l'effet Doppler résultant des accélérations de la sonde spatiale.

+Synthèse des caractéristiques des instruments Nom Désignation complète Type Constructeur Responsable scientifique Masse Consommation électrique RemarquesOCPP Orbiter Cloud Photopolarimeter Photo polarimètre GISS J. Hansen . ORAD Orbiter Radar Mapper Instrument Radar MIT G. Pettengill 9,kg . OIR Orbiter Infrared Radiometer Radiomètre infrarouge JPL F. Taylor . OUVS Orbiter Ultraviolet Spectrometer Spectromètre ultraviolet LASP A. Stewart . ONMS Orbiter Neutral Mass Spectrometer Spectromètre de masse neutre GSFC H. Neimann . OPA Orbiter Plasma Analyzer Analyseur plasma ARC J. Wolfe . OMAG Orbiter Magnetometer Magnétomètre UCLA C. Rnssell . OEFD Orbiter Electric Field Detector Mesure des champs électriques TRW F. Scarf . OETP Sonde température des électrons GSFC L. Brace . OIMS Orbiter Ion Mass Spectrometer Spectromètre de masse d'ions GSFC H. Taylor . ORPA Orbiter Retarding Potential Analyzer Mesure des charges des ions LPARL W. Knudsen . OGBD Orbiter Gamma-Ray Burst Detector Détecteur de sursaut gamma LASL W. Evans . - Venus (ORO) Radio science - A. Kliore (JPL) - - Orbiter Dual-Frequency Experiments (OGPE) - T. Croft (SRI) Atmospheric and Solar Wind Turbulence Experiment (OTUR) - T. Croft (JPL) Orbiter Atmospheric Drag Experiment (OAD) - G. Keating (LRC) Orbiter Internal Density Distribution Experiment (OIDD) - R. Phillips (JPL) Orbiter Celestial Mechanics Experiment (OCM) - I. Shapiro (MIT ) LASP : Laboratory for Atmospheric and Space Physics (Université de Boulder, Colorado ; UCLA : Université de Californie à Los Angeles ; JPL : Jet Propulsion Laboratory ; MIT : Massachusetts Institute of Technology ; GSFC : Goddard Space Flight Center GISS : Goddard Institute for Space Studies ; LRC : Langley Research Center ; ARC : Ames Research Center ; LASL : Los Alamos National Laboratory ; SRI : Stanford Research Institute

Déroulement de la mission

Lancement et transit jusqu'à Vénus