vignette|Le lancement de la sonde Galileo depuis la navette spatiale en 1989.

Galileo, aussi appelée Jupiter Orbiter with Probe ou JOP, est une sonde spatiale américaine développée par la NASA qui a pour mission d'étudier la planète Jupiter et ses lunes. Galileo est lancée le par la navette spatiale américaine Atlantis. La sonde se place en orbite autour de Jupiter le , après un voyage de six ans, au cours duquel elle a recours à l'assistance gravitationnelle de la Terre à deux reprises ainsi qu'à celle de la planète Vénus. Elle circule sur une orbite de deux mois qu'elle parcourt à 35 reprises au cours de la phase scientifique de la mission qui s'achève après deux prolongations en 2003.

La sonde, d'une masse de , comprend un orbiteur et une sonde atmosphérique chargée d'analyser in situ l'atmosphère de Jupiter. Les deux engins emportent 22 instruments scientifiques.

Galileo collecte de nombreuses informations scientifiques malgré l'indisponibilité de son antenne grand gain qui n'est pas déployée, limitant fortement le volume de données transmis. Galileo précise les éléments recueillis par les sondes qui l'avaient précédée, notamment Voyager 1 et Voyager 2. L'atmosphère de Jupiter, sa magnétosphère et ses principales lunes sont longuement étudiées. La sonde atmosphérique larguée peu avant l'arrivée sur Jupiter détecte beaucoup moins d'eau que prévu, remettant en question les théories sur la formation de Jupiter et celle du Système solaire. Parmi les faits les plus marquants, elle découvre la présence d'un océan d'eau liquide sous la surface gelée de la lune Europe, un des satellites galiléens de Jupiter, la présence du champ magnétique de la lune Ganymède, et effectue le premier survol d'un astéroïde au cours de son transit entre la Terre et Jupiter. Au cours de sa mission, la sonde prend .

Contexte : l'exploration de Jupiter

L'étude de la planète Jupiter débute avec l'invention de la lunette astronomique au début du . Galilée découvre en 1610 avec la première de ces lunettes que Jupiter est accompagné par plusieurs lunes ce qui remet en question la conception de l'Univers de l'époque selon laquelle tout ce qui gravitait devait le faire autour de la Terre. Les quatre lunes découvertes, Io, Europe, Ganymède et Callisto prennent le nom de lunes galiléennes. Les télescopes de plus en plus puissants permettent par la suite de découvrir la Grande Tache rouge dans l'atmosphère de Jupiter, une cinquième lune Amalthée (1892) et grâce à la spectroscopie d'identifier les principaux composants présents dans l'atmosphère visible de la planète géante. L'exploration spatiale débute avec le survol de Jupiter par les petites sondes Pioneer 10 (1973) et Pioneer 11 (1974) : celles-ci passent à faible distance de Jupiter et de plusieurs de ses lunes en effectuant les premières photos détaillées. Les sondes spatiales découvrent que la ceinture de radiation autour de la planète géante est dix fois plus intense que prévu. Six ans plus tard, en 1979, le système jovien est survolé par Voyager 1 et Voyager 2. Les nombreux instruments emportés par ces sondes spatiales permettent d'effectuer une étude approfondie des lunes galiléennes. Les observations aboutissent à la découverte des anneaux de Jupiter et confirment que la grande tache rouge correspond à un anticyclone et que ses caractéristiques évoluent dans le temps. Le point d'orgue de ces missions est l'observation de volcans actifs à la surface de Io, les premiers découverts dans le Système solaire. Les sondes spatiales découvrent dans le sillage de Io un tore d'atomes ionisés qui jouent un rôle important dans la magnétosphère de Jupiter. La sonde spatiale Ulysses utilise le champ gravitationnel de Jupiter en 1992 pour quitter le plan de l'écliptique ce qui lui permet de faire des observations inédites de la magnétosphère de la planète dont elle survole le pôle.

Objectifs scientifiques de la mission

Les principaux objectifs de la mission Galileo sont : étudier la circulation et la dynamique de l'atmosphère de Jupiter ; étudier la couche supérieure de l'atmosphère de Jupiter et l'ionosphère ; caractériser la morphologie, la géologie et la structure physique des lunes galiléennes ; étudier la composition et la distribution des minéraux à la surface des lunes galiléennes ; analyser le champ de gravité et le champ magnétique des lunes galiléennes ; étudier l'atmosphère, l'ionosphère et les nuages de gaz des lunes galiléennes ; étudier l'interaction entre la magnétosphère de Jupiter et les lunes galiléennes ; mesurer le vecteur du champ magnétique ainsi que le spectre, la composition et la distribution des particules énergétiques jusqu'à une distance de 150 rayons joviens de la planète géante.

Galileo embarque une petite sonde autonome larguée dans l'atmosphère de Jupiter à l'arrivée et dont les objectifs sont : déterminer la composition chimique de l'atmosphère de Jupiter ; caractériser la structure de l'atmosphère de Jupiter au moins jusqu'à une profondeur correspondant à une pression de ; étudier la nature des particules contenues dans les nuages et la structure des couches nuageuses ; établir le bilan radiatif de Jupiter ; étudier l'activité électrique (éclairs) de l'atmosphère de Jupiter ; mesurer le flux des particules énergétiques chargées.

Des premières esquisses à la finalisation du projet vignette|Un essai en soufflerie du parachute de la sonde atmosphérique. vignette|La sonde Galileo après son assemblage final en 1983 au centre JPL de la NASA. La sonde spatiale sera modifiée à la suite de l'accident de la navette Challenger.

Phase d'étude (1975-1977)

Vers 1975, le centre de recherche de la NASA, cherche à capitaliser sur le succès des sondes spatiales Pioneer 10 et Pioneer 11 qu'elle a développées à la fin des années 1960 et qui a joué le rôle d'éclaireur pour les sondes Voyager dans l'exploration des planètes supérieures (Jupiter, Saturne…) du Système solaire. Elle étudie à cette époque la possibilité d'une mission qui constitue la suite logique du survol de la planète Jupiter par les sondes Pioneer et Voyager. La sonde spatiale envisagée, baptisé Jupiter Orbiter with Probe (JOP) comprend un orbiteur chargé de se placer en orbite autour de la planète Jupiter et une sonde atmosphérique qui doit s'enfoncer dans l'atmosphère de Jupiter pour en étudier ses caractéristiques. L'architecture de l'orbiteur repose sur une version évoluée de la plate-forme des sondes Pioneer. Les principaux ajouts sont un moteur-fusée chargé d'insérer la sonde en orbite autour de la planète géante et une structure qui doit servir de support à la sonde atmosphérique. Cette dernière est dérivée d'un véhicule similaire développé pour la mission Pioneer Venus. En 1975, la NASA autorise le centre spatial à lancer la phase de conception de la sonde spatiale dont le lancement par la navette spatiale américaine est programmé pour 1982. L'Agence spatiale européenne doit fournir le moteur chargé de l'insertion en orbite. Quelques mois plus tard, la NASA décide de confier le développement de l'orbiteur à son centre JPL. Il s'agit de donner du travail à ce centre qui ayant achevé la réalisation des sondes martiennes Viking et étant sur le point de lancer les sondes Voyager vers les planètes supérieures, n'a plus de nouvelles missions interplanétaires à développer.

Les deux établissements de la NASA font des choix d'architecture différents pour l'orbiteur. privilégie les instruments scientifiques chargés d'étudier les champs et les particules et attribue un rôle mineur aux caméras, spectromètres, radiomètres et photomètres. À ce titre, il souhaite développer une sonde avec un contrôle d'attitude par rotation optimale pour cet usage. Le JPL, quant à lui, privilégie les instruments qui nécessitent une plate-forme stabilisée sur trois axes (caméras,…). Pour concilier ces deux conceptions le JPL, après avoir envisagé de développer un sous-satellite par rotation se détachant de la sonde principale à l'approche de Jupiter et portant les instruments d'étude des champs et des particules, décide, afin de répondre aux attentes du centre , de concevoir une sonde par rotation comportant un sous-ensemble contre-rotatif portant les instruments nécessitant une stabilisation sur trois axes. Les acteurs sont conscients que ce choix technique innovant augmente tellement les coûts qu'il n'est pas possible de lancer deux sondes jumelles selon la tradition établie pour réduire les risques. Le budget du projet JOP est soumis par la NASA à l'approbation du gouvernement et du Congrès américain sous la législature du président américain Gerald Ford. Il revient au gouvernement du président Jimmy Carter, en place à compter de , de statuer. Alors que l'annulation du projet est envisagée, une mobilisation particulièrement importante de l'opinion publique exerce une telle pression sur les décideurs que ceux-ci donnent leur feu vert en à la mission vers Jupiter. Le coût du projet, chiffré à par la NASA, est volontairement sous-évalué pour ne pas mettre JOP en concurrence avec le projet du télescope spatial Hubble accepté la même année.

Développement (1977-1989)

Début 1978, le projet est baptisé Galileo du nom de l'astronome italien du Galilée, qui a découvert les quatre satellites naturels les plus visibles de la planète Jupiter, dit satellites galiléens. La sonde doit être lancée en 1982 par la navette spatiale américaine qui se substitue à cette date à l'ensemble des lanceurs classiques car, selon la doctrine officielle, elle permet un abaissement significatif des coûts de lancementCes calculs reposaient sur une cadence de lancement de quelques dizaines de vols par an avec un entretien minimal au sol entre deux vols ; ces deux conditions ne seront jamais remplies.. Pour parvenir jusqu'à la planète Jupiter la sonde, une fois placée en orbite terrestre basse par la navette, est accélérée par une combinaison d'étages inertiels supérieurs, ou Inertial Upper Stage (IUS). L'étage IUS est mis au point par Boeing pour le lancement de satellites de l'Armée de l'air américaine (USAF) et des versions bi-étages et tri-étages sont en cours de développement pour les besoins de la navetteLa navette spatiale ne peut que placer un objet sur une orbite à quelques centaines de kilomètres d'altitude.. L'accélération procurée par les étages IUS n'est toutefois pas suffisante et la trajectoire retenue doit amener la sonde à survoler la planète Mars pour obtenir un surcroît de vitesse grâce à l'assistance gravitationnelle de celle-ci. Lorsque la planification du développement de la navette spatiale américaine subit un dérapage d'un an, le lancement de la sonde doit être repoussé en 1984 mais à cette date, la trajectoire ne permet plus une assistance gravitationnelle aussi efficace de la planète Mars : le JPL doit envisager soit de sacrifier une partie de l'instrumentation scientifique, soit de concevoir une mission à deux satellites plus légers. Une solution alternative est mise au point ; le centre de recherche Lewis de la NASA travaille sur une version de l'étage Centaur pouvant être embarquée dans la soute de la navette spatiale américaine. L'étage Centaur, qui utilise un mélange oxygène liquide/hydrogène liquide performant mais délicat à emmagasiner, fournit une puissance de 50 % supérieure à la combinaison d'étages IUS ; grâce à celui-ci la sonde Galileo peut se passer de l'assistance gravitationnelle et d'opter pour une trajectoire directe vers la planète Jupiter. Les dirigeants de la NASA décident d'abandonner les versions multi-étages de l'IUS et de développer la version de l'étage Centaur adaptée à la navette spatiale. Le lancement de la sonde est repoussé d'un an, en 1985, pour tenir compte de la date de mise à disposition de la nouvelle version de cet étage.