Europa Lander est un projet de mission spatiale étudié par la NASA dont l'objectif est de poser un engin à la surface d'Europe, une des lunes de Jupiter pour étudier sur place l'environnement et le sol de sa surface. Europe constitue un objectif scientifique de premier plan depuis que les données fournies par la sonde Galileo à la fin des années 1990, permettent de déterminer qu'il existe probablement un océan d'eau liquide sous sa surface glacée qui peut abriter des formes de vie. Cette hypothèse de la présence d'un océan d'eau salée est par la suite confirmée par la scientifique Margaret G. Kivelson et son équipe, qui étudient les altérations du champ magnétique de Jupiter.
La NASA décide de développer la mission Europa Clipper (lancée en 2024 et qui est censé arriver à proximité d'Europe en 2030) qui doit étudier le satellite après s'être placé en orbite autour de celui-ci. Fin 2015, le Sénat américain demande à la NASA d'inclure dans son projet un engin chargé de se poser à la surface d'Europe pour analyser le sol et tenter de découvrir des traces de vie.
Après évaluation, il s'avère que cet atterrisseur doit constituer une mission distincte d'Europa Clipper et une étude débute sur ce nouveau projet de mission. Mais atteindre la surface d'Europe nécessite un ensemble de manœuvres coûteuses en ergols ce qui impose de placer une masse de sur une trajectoire interplanétaire. L'environnement radiatif élevé et le faible ensoleillement viennent accroître la difficulté de la mission. Le scénario proposé en prévoit une mission au sol d'une durée de qui emporte environ d'instruments scientifiques dont un mini laboratoire chargé d'isoler des traces de vie dans des échantillons prélevés dans le sol à une profondeur de . Cette mission, caractérisée par des risques importants et un coût évalué à de dollars américains, reste en phase d'étude en 2018 et 2019. Par la suite il est intégré dans un projet technologique plus général portant sur la conception d'atterrisseurs à destination des mondes comportant des océans souterrains.
Contexte
La lune de Jupiter Europe objectif prioritaire de l'exploration du Système solaire
vignette|La surface d'Europe est composée de glace d'eau et sans doute de sels (taches brunes et rouges). vignette|Deux structures possibles de la couche de glace recouvrant Europe.
Europe est un satellite de Jupiter dont le diamètre est proche de celui de la Lune (). Mais contrairement à cette dernière, sa surface, constituée d'une couche de glace sillonnée de fissures et d'arêtes entrecoupées de zones lisses et comportant peu de cratères d'impact, reflète une activité intense et récente. Plusieurs indices semblent montrer qu'Europe comporte sous sa couche de glace un océan d'eau liquide résultant du réchauffement suscité par les forces de marée qu'exerce Jupiter sur sa lune. Celles-ci sont particulièrement importantes car Europe est à la même distance de la planète géante que la Lune de la Terre, mais Jupiter est plus massive que la Terre. La pression exercée par les forces de marée sur les roches entraîne leur échauffement permettant sans doute la présence d'eau liquide malgré une température extérieure qui ne dépasse jamais . L'océan souterrain peut constituer une zone habitable et héberger des micro-organismes. Pour cette raison, l'étude d'Europe par une sonde spatiale est identifiée comme une mission prioritaire par les deux derniers rapports scientifiques décennaux de 2003 et 2011 consacrés aux sciences planétaires.
Observations des missions passées
Les deux sondes spatiales du programme Voyager sont les premières dans les années 1970 à révéler les formations étranges présentes à la surface d'Europe. Mais ces engins spatiaux ne fournissent que des images à faible résolution qui soulèvent plus de questions qu'elles n'apportent de réponses. La sonde spatiale Galileo qui séjourne dans le système jovien de 1995 à 2003 effectue d'Europe et permet d'obtenir des images et des spectres à haute résolution de différentes régions de la surface d'Europe. Ce sont ces observations qui permettent d'émettre l'hypothèse d'un océan souterrain. Certaines formations à la surface laissent penser que des échanges ont lieu entre celle-ci et l'océan souterrain. Selon les données fournies par le magnétomètre de Galileo, le déplacement d'Europe dans le champ magnétique de Jupiter induit un champ magnétique propre à la lune qui peut être créé par des courants électriques circulant dans les eaux salées de l'océan souterrain. L'irradiation des particules chargées en surface peuvent créer des oxydants qui, s'ils sont transportés jusqu'à l'océan, peuvent servir de source d'énergie à des formes simples de vie.
Mission Europa Clipper
À l'issue de la mission de Galileo, il subsiste de nombreuses inconnues car les instruments de Galileo ne sont pas adaptés à l'étude de la lune Europe. Ainsi, la mesure de la gravité via l'effet Doppler permet de déterminer qu'Europe est recouvert d'une couche d'eau ou de glace d'une épaisseur comprise entre 80 et sans qu'on sache quelle est la proportion d'eau liquide. Il n'existe pas non plus de signe évident d'activité géologique même si des panaches de vapeur d'eau sont peut-être aperçus par le télescope spatial Hubble. Bien que la modélisation des fractures qui sillonnent la surface progresse, les scientifiques n'arrivent pas à conclure sur les processus à l'œuvre. On ne dispose pas de suffisamment d'éléments non plus pour déterminer si Europe dispose de sources d'énergie suffisantes pour entretenir la vie dans son océan intérieur.
La mission Europa Clipper qui doit être lancée au cours de la décennie 2020, quelques années avant l'atterrisseur, est un engin spatial de la NASA qui doit se placer en orbite autour d'Europe. Il a pour objectif de s'assurer de la présence d'eau sous la croûte de glace ou au sein de la glace, déterminer les caractéristiques de l'eau présente ainsi que les processus d'échanges entre la surface et l'océan intérieur, déterminer la distribution et la composition chimique des principaux constituants de la lune et les liens existant avec la composition de l'océan et enfin déterminer les caractéristiques et le mode de genèse des formations se trouvant à la surface y compris les sites reflétant une activité récente.
Difficultés d'une mission d'étude d'Europe
Toute mission d'exploration d'Europe constitue un projet coûteux : Pour se poser sur Europe, il faut effectuer de nombreuses manœuvres très coûteuses en ergols qui imposent une masse au lancement particulièrement élevée. Europe se trouve dans la zone de rayonnement intense qui entoure Jupiter et son approche nécessite un blindage et une électronique durcie qui accroissent la masse et le coût de la sonde spatiale. Même équipée pour résister au rayonnement, la durée de vie d'une sonde spatiale étudiant Europe est courte. Europe fait partie des corps célestes externes du système solaire : son éloignement de la Terre et du Soleil nécessite des systèmes de communication et de production d'énergie performants et donc coûteux. Europe est un univers complexe qui nécessite de recueillir beaucoup de données pour comprendre son histoire et ses caractéristiques.
Historique du projet
L'étude Europa Lander Mission (ELM) (2011)
En 2011, à la suite de l'abandon du projet d'exploration d'Europe depuis l'orbite Jupiter Europa Orbiter (JEO), la NASA décide d'évaluer trois scénarios d'exploration de ce satellite dans le cadre d'une étude baptisée Europe Habitability Orbiter (EHMO). L'un de ces scénarios Europa Lander Mission (ELM), prévoit de faire atterrir un engin sur le sol d'Europe pour étudier in situ. L'engin d'une masse au départ de utilise pour produire de l'énergie deux générateurs Stirling à radioisotope avancé. La sonde spatiale se dirige vers Jupiter après avoir reçu l'assistance gravitationnelle de la Terre (à deux reprises) et de Vénus. L'insertion sur une orbite de autour d'Europe est réalisée après l'injection en orbite autour de Jupiter. La dose de radiation accumulée à ce stade ne dépasse pas . La sonde spatiale se sépare alors en deux sous-ensembles : un orbiteur équipé d'une caméra à haute résolution qui va identifier durant les sites d'atterrissage potentiels et l'atterrisseur proprement dit. Ce dernier après séparation annule sa vitesse orbitale en freinant de puis descend verticalement sans propulsion jusqu'à une altitude de . Il utilise alors neuf moteurs-fusées brûlant de l'hydrazine pour se freiner. La phase finale de la descente vers le sol utilise un lidar et un atterrissage de précision est effectué dans une zone sélectionnée de . La vitesse à l'atterrissage est de . Une fois au sol la mission dure environ . Les instruments embarqués comprennent un spectromètre de masse, un spectromètre Raman, un sismomètre, un magnétomètre, une caméra stéréo et un microscope. L'atterrisseur dispose d'un système de prélèvement d'échantillons du sol qui sont ensuite analyser par les spectromètres. Le coût de la mission est évaluée à environ de dollars américains. Cette proposition est écartée d'emblée notamment en raison du risque élevé.
Lancement du projet Europa Clipper
Le projet d'orbiteur Europa Clipper, une sonde spatiale qui doit être placée en orbite autour d'Europe, est pratiquement imposé à la NASA par le représentant John Culberson au début des années 2010. La NASA sait qu'un tel projet est très coûteux et elle préfère ne pas se lancer dans une aventure qui ne peut aboutir faute de moyens financiers. Mais Culberson, en tant que président de la commission des affaires spatiales, joue un rôle décisif dans l'allocation des fonds à l'agence spatiale. Culberson alloue, sans demande de la part de l'agence, de dollars américains (2013) puis (2014) à la mission. La NASA finit par accepter en 2015 de lancer le projet. En 2015, Culberson, après avoir interrogé les spécialistes du JPL, décide d'ajouter un atterrisseur à l'orbiteur. Les ingénieurs du JPL évalue le surcoût à de dollars américains. Culberson, qui est relativement isolé dans son soutien au projet d'atterrisseur, perd son siège au cours des élections de 2018. Aucune somme n'est directement allouée au projet d'atterrisseur dans le cadre des budgets des années 2018 et 2019.
Objectifs de la mission
Les objectifs scientifiques de la mission sont les suivants : Rechercher des indices de la vie sur Europe :
Identifier et détailler les composés organiques qui peuvent signaler la présence d'une vie passée ou présente. Identifier et détailler les caractéristiques morphologiques qui peuvent signaler la présence d'une vie passée ou présente. Identifier et détailler les composés non organiques qui peuvent signaler la présence d'une vie passée ou présente. Déterminer les processus à l'origine des échantillons analysés. Déterminer l'habilité d'Europe via des mesures effectuées sur le site :
Déterminer la composition des matériaux ne correspondant pas à de la glace et proches de la surface et déterminer s'il existe des indices reflétant un déséquilibre chimique ou d'autres facteurs essentiels pour la vie. Déterminer la proximité de l'eau liquide et des matériaux produits par des éruptions récentes. Caractériser les propriétés de la surface et des couches proches de la surface à proximité de l'atterrisseur pour de futures missions d'exploration :
Déterminer les caractéristiques des matériaux de surface et les mettre en relation avec les images prises. Déterminer les processus actifs à la surface d'Europe et de la banquise pour comprendre les effets endogènes et exogènes sur les propriétés physico-chimiques du matériau de surface.
Site d'atterrissage
Caractéristiques techniques
Architecture générale
Europa Lander a une masse comprise de selon les scénarios ce qui en fait la sonde spatiale la plus lourde jamais lancée. Elle est composée de quatre modules (cf. schéma ci-dessous) :