Venus Express est une mission spatiale d'exploration du système solaire de l'Agence spatiale européenne (ESA) ayant pour objectif l'étude de la planète Vénus. La sonde spatiale Venus Express lancée en s'est placée en sur une orbite très allongée de autour de la planète. Elle a alors commencé à collecter des données détaillées sur sa structure, sa chimie et la dynamique de son atmosphère. Elle utilise à cet effet une combinaison d'instruments scientifiques comprenant un spectromètre, un spectro-imageur et une caméra fonctionnant dans des longueurs d'onde allant de l'ultraviolet à l'infrarouge thermique ainsi qu'un analyseur de plasma et un magnétomètre.
Venus Express a été développée dans le cadre du programme spatial scientifique de l'ESA Horizon 2000+. La réutilisation de la plateforme mise au point pour Mars Express et d'instruments existants a permis de construire très rapidement la sonde spatiale à un coût modéré. Venus Express est la première mission d'exploration de l'ESA portant sur cette planète et la première à la visiter depuis le programme Magellan en 1994. La mission d'une durée initiale de a été prolongée à quatre reprises et s'est achevée le . Les instruments de la sonde spatiale ont fourni de nombreux résultats scientifiques.
Contexte
Exploration spatiale de Vénus
Au début de l'ère spatiale, les caractéristiques de la planète, dont la surface est masquée par une épaisse couche de nuages, sont pratiquement inconnues. C'est la première planète vers laquelle une sonde spatiale est lancée : l'Union soviétique développe au cours des années 1960 et 1970 une série d'engins de différents types (orbiteurs, atterrisseurs, ballons) dans le cadre du programme Venera. Après une série d'échecs entre 1961 et 1965, ceux-ci vont progressivement dévoiler la structure de l'atmosphère et certaines caractéristiques du sol vénusien. fournit les premières données depuis le sol. Les orbiteurs et dressent une première carte de la surface de la planète à l'aide d'un radar capable de percer la couche nuageuse. Le programme Vega en 1985 constitue un prolongement du programme Venera.
La NASA réussit de son côté en 1962 le premier survol de la planète dans le cadre de la mission qui révèle la température infernale du sol (plus de ) et l'absence de champ magnétique. Plusieurs autres missions du programme Mariner sont consacrées à la planète dans les années 1960 et 1970. Après une longue absence, la NASA revient visiter Vénus avec la mission Magellan lancée en 1989 qui utilise le premier radar à synthèse d'ouverture lancé dans l'espace afin de cartographier le sol de la planète. Par la suite, plusieurs missions en route vers leur destination finale survolent la planète mais plus aucune mission ne lui est entièrement consacrée.
Lancement du projet
L'Agence spatiale européenne (ESA) décide en d'utiliser une copie de la plateforme de la sonde spatiale Mars Express pour développer une nouvelle mission d'exploration du système solaire à faible coût en se fixant comme objectif un lancement en 2005. Cette mission s'inscrit dans le cadre du programme spatial scientifique de l'ESA Horizon 2000+. Un appel à idées est lancé auprès de la communauté scientifique. Parmi les propositions, trois projets sont présélectionnés : Venus Express qui utilise des instruments scientifiques développés pour Mars Express et Rosetta dans le but d'étudier la planète Vénus depuis son orbite ; Cosmic DUNE () utilise des instruments de Giotto, Vega, Cassini-Huygens et Stardust pour étudier la poussière interplanétaire et interstellaire sur une orbite autour du ; SPORT Express mesure la polarisation du fond diffus cosmologique afin de compléter les résultats fournis sur le même sujet par les observatoires spatiaux Planck et WMAP (NASA). Le comité scientifique de l'agence spatiale sélectionne Venus Express. Le projet démarre en mais son financement n'est entièrement bouclé par les pays participants qu'en .
Développement (2002-2005) +Comparaison de Venus Express avec Mars Express Mars Express Venus ExpressMasse au lancement Masse à vide Coût 280 millions € 220 millions €Instruments scientifiques7 7Masse instruments scientifiques Durée de la mission primaire 689 j 500 jVolume de données produit0,5-5 gigaoctets/jour L'objectif est de mener les développements très rapidement de manière à livrer Venus Express en et à la lancer en . Les principaux industriels sont Astrium, Alenia Space et Contraves. Sept instruments sont sélectionnés mais un radar destiné à sonder les structures géologiques de Vénus jusqu'à une profondeur de n'est pas retenu pour des raisons budgétaires. Le seul instrument nouveau est une caméra destinée à étudier la structure des nuages. Pour recevoir les données de Venus Express, une nouvelle antenne parabolique de grande taille est construite par l'ESA à Cebreros (Espagne). L'orbite de la sonde spatiale autour de Vénus, d'une durée de , est conçue de manière à avoir en visibilité chaque jour la nouvelle station de réception durant . L'intégration du satellite débute en et les tests s'achèvent en .
Outre la plateforme copie de celle de Mars Express avec quelques modifications, Venus Express utilise des instruments scientifiques de la mission Rosetta et de la mission Mars Express. Grâce à cette réutilisation de composants existants, le développement de la sonde ne dure que et son coût est particulièrement faible. Le budget total de la mission s'élève à d'euros (dont pour le lancement, pour la maîtrise d'œuvre et pour les instruments scientifiques) en incluant de suivi en opérations. d'euros sont à la seule charge de l'ESA. Il s'agit de la mission d'exploration du système solaire la moins coûteuse jamais développée par l'ESA. Son budget est même inférieur à celui des missions à bas coût du programme Discovery de la NASA.
Objectifs scientifiques
Les objectifs scientifiques de Venus Express sont les suivants : étude de la circulation atmosphérique : vitesse de rotation, mécanismes de circulation générale ; rôle de l'effet de serre sur l'évolution passée de la planète et son incidence sur son évolution ; étude de l'activité tectonique et volcanique présente ; origines de la divergence entre l'évolution de la Terre et celle de Vénus.
Caractéristiques techniques
Plateforme
L'architecture de la sonde spatiale Venus Express dérive de celle de la sonde martienne Mars Express. Certaines caractéristiques ont été modifiées pour résister à l'environnement spatial de Vénus : la planète se situant deux fois plus près du Soleil que Mars, la sonde reçoit un rayonnement thermique quatre fois plus important que son homologue martien, les radiations sont nettement plus intenses et la luminosité reçue par ses panneaux solaires est plus forte. L'équipement électrique, le contrôle thermique, les communications et les panneaux solaires ont donc été modifiés en conséquence.
D'une masse totale au lancement de , Venus Express se présente sous la forme d'une structure en aluminium en nid d'abeille de de long par de large et de haut. De chaque côté sont placés deux panneaux solaires assurant l'alimentation en électricité d'une superficie totale de fournissant au niveau de la Terre et au niveau de Vénus. L'antenne grand gain pour les communications avec la Terre se trouve sur un autre côté. Pour résister au flux d'énergie solaire qui est quatre fois plus important dans l'orbite de Vénus que celle de Mars, la sonde doit maintenir la température interne aux environs de 20 à . La sonde spatiale dispose d'un propulseur principal de de poussée et plusieurs petits propulseurs utilisés pour les corrections d'orbite et le contrôle de l'orientation. Venus Express est stabilisé trois axes. Tout comme pour Mars Express, l'intégrateur est la société européenne EADS Astrium.
Instrumentation
Les instruments scientifiques de Venus Express sont un mélange d'éléments en double et de concepts des sondes Mars Express et Rosetta, avec bien sûr quelques modifications pour les adapter aux hautes radiations et à l'environnement thermique entourant Vénus. La plupart des instruments d'observation opèrent dans l'infrarouge afin de percer l'épaisse couche nuageuse qui couvre la planète. Une caméra, la VMC, est néanmoins capable de prendre des images dans l'ultraviolet et la lumière visible afin de capturer l'image d'éclairs et d'observer ces nuages dans différentes longueurs d'onde : ASPERA-4 () : destiné à analyser l'interaction entre le vent solaire et l'atmosphère vénusienne, déterminer l'impact de la production de plasma dans l'atmosphère et la distribution globale de plasma et de gaz neutres, étudier les atomes à haute énergie, les ions et les électrons dans l'environnement immédiat de Vénus. ASPERA-4 est une réutilisation d'ASPERA-3 utilisé pour Mars Express, mais adapté à Vénus. Il a été réalisé par le de Kiruna, Suède ;
MAG : magnétomètre destiné à la mesure du champ magnétique de Vénus et sa direction lors d'interactions avec le vent solaire. Il sera capable de cartographier la magnétopause, la magnétosphère et l'ionosphère en haute résolution et en trois dimensions, d'aider ASPERA-4 à étudier l'interaction du vent solaire et de l'atmosphère de Vénus, d'identifier les frontières entre les différentes régions de plasma et d'effectuer quelques observations planétaires (pour les éclairs par exemple). MAG dérive de ROMAP, utilisé dans la sonde Rosetta. Réalisé par l'OAW, Autriche ;
PFS () : spectromètre opérant dans les longueurs d'onde infrarouges, entre 0,9 et et destiné à réaliser des sondages optiques verticaux de l'atmosphère de Vénus. Il réalisera une surveillance globale, à long terme et en trois dimensions du champ de température de la basse atmosphère (jusqu'à d'altitude). Il procèdera à la recherche de molécules atmosphériques éventuelles qui n'auraient pas encore été détectées, analysera les aérosols atmosphériques et les échanges entre l'atmosphère et la surface. Le modèle est basé sur un spectromètre de Mars Express, mais modifié pour accroître sa performance. Réalisé par l' de Rome, Italie ;
SPICAV () : spectromètre destiné à l'analyse des radiations dans l'infrarouge et l'ultraviolet. Dérivé du SPICAM de Mars Express. SPICAV possède un canal additionnel nommé SOIR () qui observera le Soleil dans l'infrarouge à travers l'atmosphère vénusienne. Réalisé par le service d'aéronomie du CNRS de Verrières-le-Buisson, France ;
VeRa (Venus Radio Science) : sondage radio de l'atmosphère par transmission d'ondes radio depuis la sonde à travers l'atmosphère ou par réflexion sur la surface. Ces ondes radio seront reçues par une station terrestre qui analysera l'ionosphère, l'atmosphère et la surface de Vénus. L'instrument est dérivé d'un instrument similaire de Rosetta. Réalisé par l'Université de Munich, Allemagne ;
VIRTIS () : spectromètre dans l'ultraviolet proche, le visible et l'infrarouge. Analysera toutes les couches de l'atmosphère, la température de surface et les interactions entre la surface et l'atmosphère. Dérivé d'un instrument de Rosetta. Réalisé par l'Observatoire de Paris, France, et l', Italie ;
VMC () : caméra CCD multi-canaux à grand angle opérant dans le visible, l'ultraviolet et le proche infrarouge. Elle cartographiera la distribution de luminosité de la surface et recherchera une éventuelle activité volcanique, surveillera les émissions lumineuses de l'atmosphère, étudiera la distribution de phénomènes d'absorption ultraviolette inconnus dans la haute atmosphère ainsi que plusieurs autres observations scientifiques. La caméra sera capable de prendre des images et de réaliser des films. Elle est dérivée de la caméra à haute résolution stéréo (HRSC) de Mars Express et du système d'image optique, spectroscopique et infrarouge (OSIRIS) de Rosetta. Réalisée par le MPAe, Allemagne.
Orbite