() est une mission d'exploration du système solaire de l'agence spatiale américaine, la NASA, dont l'objectif est d'étudier Titan, le plus gros satellite naturel de Saturne. Les caractéristiques de cette lune en font un monde d'un très grand intérêt sur le plan scientifique.

La mission spatiale exploite la présence d'une atmosphère dense ( la pression à la surface de la Terre) et d'une gravité inférieure à celle de la Lune : elle met en œuvre un aérobot de type aérogire d'une masse de , qui effectuera de multiples vols de courte durée pour étudier la basse atmosphère et la surface de Titan. Pour disposer de suffisamment d'énergie pour fonctionner et survivre à une température moyenne de , l'engin spatial dispose d'un générateur thermoélectrique à radioisotope.

est un des deux finalistes retenus en pour la quatrième mission du programme , qui regroupe des sondes spatiales chargées d'explorer le système solaire avec un coût plafonné à un milliard de dollars. La NASA sélectionne cette mission en . Celle-ci doit être placée en orbite en juillet 2028 par une fusée Falcon Heavy et se poser sur Titan en .

Contexte

Titan : un monde océanique unique

+Caractéristiques de Titan // Terre Caractéristique Titan TerreDiamètre 5 150 km 12 700 kmGravité 1,35 m/s² 9,8 m/s²Distance Soleil 9,55 U.A. 1 U.A.Température moyenne -179°C 15°C Pression atmosphérique 1,47 bar 1 barComposition atmosphère 95% azote, 9% méthane 78% azote, 21% oxygène Luminosité 1000 fois inférieure à celle de la TerrePrédominance du rouge et du proche infrarouge

La mission Cassini-Huygens, qui a étudié Titan entre 2004 et 2017, a révélé un monde d'un grand intérêt scientifique. Une chimie complexe et diversifiée reposant sur le carbone se déroule à la surface de cette lune de Saturne. On retrouve les mêmes processus que sur Terre mais le cycle du méthane remplace celui de l'eau. C'est un laboratoire naturel unique pour étudier la chimie prébiotique et pour rechercher des signatures de formes de vie basées sur les hydrocarbures. Il se peut que les matières organiques interagissent avec de l'eau liquide à la surface ou non loin de la surface accroissant la possibilité de l'apparition d'une chimie prébiotique. Des échanges pourraient avoir lieu avec un océan intérieur. Les mesures effectuées par les instruments de la mission ont laissé beaucoup d'inconnues sur la composition des matériaux en surface. Par contre, les scientifiques ont la certitude que celle-ci est très variable selon les lieux. Il est donc essentiel de collecter des données sur différents sites pour déterminer dans quelle mesure la chimie prébiotique a pu progresser dans des environnements géologiques différents. Compte tenu de cet objectif, la mobilité d'un engin spatial est essentielle pour pouvoir effectuer les mesures sur les différents sites..

Projets d'exploration précédents

vignette|Montgolfière des projets TANDEM et TSSM.

Avant même l'arrivée de Cassini-Huygens dans le système saturnien, des groupes de travail préparant pour la NASA le plan décennal d'exploration du système solaire de 2003 avaient identifié à la fois l'importance scientifique de la chimie à l’œuvre à la surface de Titan et le potentiel d'une mission exploitant la mobilité d'un aéronef. Les premiers scénarios de mission reposant sur des engins plus lourds que l'air et sur des hélicoptères datent de cette époque. Depuis la réception des premiers résultats fournis par Cassini-Huygens, plusieurs projets aux caractéristiques et aux coûts variables ont été proposés sans qu'aucun soit retenu. : Titan Prebiotic Explorer (TIPEX) est une étude interne du centre JPL de la NASA datant de 2006 comprenant un orbiteur et une montgolfière. Des échantillons de sol sont collectés à l'aide d'un dispositif de prélèvement largué puis ramené dans la gondole ; Titan Explorer est la première proposition répondant au cahier des charges définissant les attentes scientifiques de la NASA. Ce projet de 2007 très ambitieux, élaboré par le laboratoire (constructeur de ), comprend un orbiteur utilisant l'aérocapture, une montgolfière et un atterrisseur statique ; l'Agence spatiale européenne, qui a développé l'atterrisseur Huygens propose à peu près à la même époque Titan and Enceladus Mission (TandEM) un projet combinant l'étude de Titan et d'Encelade, autre satellite de Saturne ; (TSSM) résulte de la fusion en 2009 des études menées jusque-là par la NASA et l'Agence spatiale européenne. La mission devait comprendre un orbiteur américain et deux engins développés par l'Europe : une montgolfière fournie par le CNES et un atterrisseur fonctionnant sur batterie et donc avec une durée de vie brève, qui devrait se poser sur l'une des mers de méthane de Titan ; AVIATR est un projet d'aéronef alimenté en énergie par un générateur thermoélectrique à radioisotope et moteur Stirling (ASRG) développé en réponse à l'appel à propositions de 2010 du programme . Mais le projet s'est avéré incompatible avec les contraintes budgétaires de ce programme destiné aux missions à faible budget ; Titan Mare Explorer (TIME) est un des trois finalistes retenus en 2011 pour la sélection de la du programme . Il s'agissait de faire atterrir sur un lac de méthane Ligeia Mare un engin alimenté en énergie par un ASRG. Le projet ne sera pas retenu dans la sélection finale en 2012.

Historique du projet La réactivation du programme

Après une pause d'un an imposée par des contraintes budgétaires, le programme de la NASA, qui rassemble des missions d'exploration du système solaire à coût intermédiaire, est réactivé début 2015. Un appel à propositions est lancé fin 2016. Il est prévu à l'époque qu'une présélection débouchant sur des études approfondies soit finalisée en puis que la sélection finale soit effectuée en . Les propositions de mission doivent porter sur un des six thèmes énoncés dans le plan stratégique et le plan scientifique de la NASA de 2014. : mission de retour d'échantillons de la surface d'une comète ; mission de retour d'échantillons du sol prélevés dans le Bassin Pôle Sud-Aitken près du pôle sud de la Lune ; mondes océaniques ; Encelade et/ou Titan ; sonde atmosphérique de Saturne ; étude des astéroïdes troyens orbitant aux ou de la planète Jupiter ; étude de la composition et des caractéristiques de la surface de Vénus visant à répondre aux deux objectifs suivants : formation des planètes terrestres et modalités de l'évolution de Vénus depuis son origine sans doute similaire à celle de la Terre.

Sélection du projet (2017-2019)

Douze projets sont proposés. est le fruit des travaux d'une équipe du laboratoire (APL) de l'Université Johns-Hopkins dans le Maryland dirigée par la planétologue Elizabeth Turtle. Le laboratoire APL joue un rôle de pointe dans la réalisation des satellites scientifiques et des sondes spatiales d'exploration du système solaire lancées par la NASA avec des missions comme MESSENGER (2004), première sonde spatiale à s'être placée en orbite autour de la planète Mercure, New Horizons (2006) première sonde spatiale à avoir étudié in situ la planète naine Pluton l'observatoire solaire Solar Probe Plus lancé en 2018, Europa Clipper (2023) (partenariat avec le Jet Propulsion Laboratory) chargée d'étudier la lune Europe de la planète géante Jupiter et DART (2020).

est avec CAESAR (Mission de retour d'échantillons de la comète 67P/Tchourioumov-Guérassimenko) une des deux missions retenues en pour la sélection finale qui doit avoir lieu en 2019... La mission est finalement sélectionnée le bien que Titan ne fasse pas partie des destinations retenues par le dernier rapport décennal sur les sciences planétaires sur lequel la NASA doit normalement baser son choix. En sélectionnant cette mission l'agence spatiale a voulu réagir rapidement aux dernières découvertes effectuées sur cette lune par la mission Cassini Huygens et le télescope Hubble sans attendre la prochaine actualisation de ce rapport.

Développement de la mission (2019-2028)

Le lancement de la mission est programmé initialement en 2026 mais en la date est repoussée en 2027 puis en 2028 pour prendre en compte des facteurs exogènes comme l'épidémie de COVID en cours. Malgré ces reports l'arrivée à la surface de Titan reste programmée pour 2034. En , la NASA sélectionne le lanceur de la société pour le lancement de sa sonde spatiale qui doit décoller depuis le complexe de lancement 39A du centre spatial Kennedy. La prestation est facturée un montant de de dollars. La fenêtre de lancement s'ouvre le et se referme le . En le coût du projet qui avait été estimé initialement à 2,2 atteint désormais de dollars () ce qui alimente les rumeurs d'annulation compte tenu des dépassements que connait à la même époque le projet . Mais la NASA confirme à cette date la poursuite des développements en annonçant par ailleurs que le projet a franchi avec succès la revue de conception critique ( ou CDR) qui fige la conception du véhicule et confirme son coût de fabrication.

Le développement de l'aérobot qui doit pouvoir fonctionner dans une atmosphère très particulière à des températures extrêmement basses () fait face à de nombreuses difficultés. Pour vérifier le fonctionnement des composants dans cet environnement le laboratoire APL dans ses locaux met en service fin 2023 une chambre cubique de plus de 4 mètres de côté, réalisée en acier inoxydable, dans laquelle est reproduite la température et la pression que subira . Le spectromètre de masse DraMS devait initialement analyser la composition des échantillons de sol prélevées mais également celle de l'atmosphère. Mais les ingénieurs ne parviennent pas à concevoir une ouverture du fuselage qui ne compromettrait pas la sécurité de l'engin (chute de la température interne) et ils doivent renoncer à cette fonctionnalité. La conception des lubrifiants qui subissent des températures anormalement basses constituent une autre difficulté. Certaines caractéristiques de l'aérobot évoluent durant la phase de conception comme l'utilisation de rotors à trois pales (au lieu de deux) et la modification de l'emplacement de certains instruments. La construction de l'aérobot débute courant 2026 avec la réalisation de la structure et la pose des différents câbles chargés de distribuer l'énergie électrique.

Objectifs de la mission

Durant sa mission, doit collecter les données suivantes.. : Prélever des échantillons des matériaux en surface et identifier à l'aide d'un spectromètre de masse ses éléments chimiques et les processus produisant des composants significatifs sur le plan biologique ; Mesurer les éléments chimiques présents à la surface à l'aide d'un spectromètre à rayons gamma ; Enregistrer à l'aide de capteurs météorologiques les conditions atmosphériques et de la surface en particulier les changements dus au lieu et au cycle diurne ; Réaliser des photos permettant de caractériser les formations géologiques ; Mesurer les mouvements sismiques pour déterminer la structure du sous-sol et son activité ; En vol établir des profils atmosphériques ; En vol réaliser des photos aériennes de la géologie de la surface ; En vol fournir le contexte des mesures effectuées en surface et effectuer des reconnaissances des sites présentant un intérêt scientifique.

Site d'atterrissage

Le site d'atterrissage retenu est un champ de dunes situé près du cratère d'impact Selk (7° N, 199° O) de de diamètre. Le site a été officiellement baptisé Ahmakiq UndaeEthimologie Undae terme latin choisi par l'Union astronomique internationale pour désigner les champs de dunes de Titan et Ahmakiq divinité de la mythologie maya chargée de protéger les récoltes des vents violents.. La région fait partie de l'immense champ de dunes de Shangri-La où s'était déjà posé l'atterrisseur européen Huygens. La sélection de ce site résulte d'un ensemble de contraintes :