Tianwen 2 (en ), anciennement Zeng He, est une mission spatiale chinoise dont l'objectif principal est de rapporter sur Terre un échantillon de sol de l'astéroïde . Ce quasi-satellite de la Terre, s'il s'avère être un astéroïdeUne hypothèse alternative est qu'il s'agit d'un morceau de Lune arraché par un impact., présente un grand intérêt scientifique car il a subi très peu de changements depuis l'époque de la formation du système solaire. Les objectifs principaux de la mission sont de déterminer les propriétés physiques, chimiques et dynamiques de ce petit corps céleste, permettant ainsi de mieux comprendre le processus de formation et d'évolution des astéroïdes et de fournir des indices précieux sur la genèse du système solaire.
Développée pour cette mission par l'Académie chinoise de technologie spatiale, la sonde spatiale a une masse de . Elle emporte d'instrumentation scientifique : caméras, spectromètres, analyseur de vent solaire, de substances volatiles et de poussière, radar, altimètre laser et magnétomètre. utilise une plateforme entièrement nouvelle et conçue pour cette mission. Celle-ci est stabilisée sur trois axes et dispose d'une propulsion bi-mode (chimique et électrique). Pour accroître les chances de succès de la collecte d'échantillons de sol de Kamoʻoalewa dont la nature est inconnue, la sonde spatiale dispose de trois méthodes de prélèvement.
La sonde spatiale a été lancée le par une fusée chinoise Longue Marche 3B. Elle doit rapporter fin 2027 un échantillon de l'astéroïde, qui sera placé dans une capsule et qui sera largué lors d'un survol de la Terre par la sonde spatiale. La mission doit se poursuivre par un long transit qui amènera la sonde spatiale en 2035 à proximité de 311P/PANSTARRS. Elle doit étudier durant plusieurs mois cet astéroïde actif dont la particularité est d'avoir des caractéristiques hybrides entre astéroïde et comète.
Contexte
Retours sur Terre d'échantillons d'astéroïde
L'analyse sur Terre d'échantillons d'un astéroïde permet leur étude avec des instruments puissants et fournit leur composition ainsi que leur structure cristalline et contribue à la reconstitution de l'histoire de ce type de corps, relique de la formation du système solaire et porteur d'indices de ce processus et de la composition chimique à partir de laquelle les planètes se sont formées il y a d'années. Aussi, les missions de retour d’échantillons du sol de ces astéroïdes constituent depuis deux décennies, avec la connaissance du Soleil lui-même et celle des confins du système solaire, une des trois priorités scientifiques de l'exploration du système solaire. Les missions spatiales de retour d'échantillons japonaises Hayabusa (lancée en 2003), (2014) et étasuniennes OSIRIS-REx (2016) montrent ce que ce type de mission peut apprendre aux scientifiques .
L'astéroïde 469219 Kamoʻoalewa
, objectif principal de la mission, est un astéroïde qui présente la particularité d'être un quasi-satellite de notre planète : sa période de révolution autour du Soleil est de et sa position oscille entre les différents points de Lagrange du système Terre-Soleil. Il circule sur le même plan orbital que la Terre, à une distance quasi identique du Soleil et il se maintient à une distance comprise entre 38 et celle de la Terre à la Lune. Cette caractéristique de l'orbite permet de limiter l'énergie nécessaire pour l'atteindreLa mission est réalisable avec une fusée relativement peu puissante. et permet de rapporter un échantillon sur Terre seulement deux à trois ans après le lancement. Son diamètre n'a pas pu être mesuré avec précision, cependant il a été estimé à partir de sa luminosité et d'une hypothèse sur son albédo ; ce diamètre se situerait entre et . L’astéroïde est en rotation rapideUn tour sur lui-même fait entre et .. Les observations à l'aide de télescopes n'ont pas permis de déterminer s'il s'agissait d'un agrégatLes astéroïdes étudiés par les précédentes missions de retour d'échantillons étaient tous des agrégats. ou d'un monolithe. Néanmoins les recherches suggèrent la présence, à sa surface, de régolithes d'un diamètre centimétrique ou millimétrique. Son orbite de quasi satellite remonterait à une centaine d'années et devrait persister environ . S'il ne s'agit pas d'un éjecta de la Lune, il s'agit alors d'un astéroïde de type S, Q ou L avec une composition proche de celle d'origine.. Kamoʻoalewa a été découvert le par le programme Pan-STARRS à l'observatoire du Haleakalā sur l'île hawaïenne de Maui et a reçu son numéro et son nom permanent le Minor Planet Center, MPC 112435 , Smithsonian Astrophysical Observatory, Cambridge (MA), ..
Deux hypothèses sont proposées pour expliquer l'origine de Kamoʻoalewa :
Kamoʻoalewa serait un corps de la ceinture d'astéroïdesLa ceinture d’astéroïdes est située entre les planètes Mars et Jupiter. qui aurait migré vers l'orbite de la Terre. Les partisans de cette hypothèse, estiment improbable qu'un corps aussi massif ait été éjecté de la Lune. Kamoʻoalewa serait d'origine lunaire. Les spectres obtenus en , en observant sa surface à l’aide du Grand Télescope binoculaire, indiquent qu’il est composé de silicates rougeâtres et serait donc un matériau lunaire ayant subi une longue exposition aux rayonnements solaires. Compte tenu de son orbite, 469219 Kamoʻoalewa serait alors une agglomération d’éjectas issus d’un impact survenu sur la Lune il y a quelques millions d’années. Le cratère Giordano Bruno, à la limite de la face cachée de la Lune à été formé voici d’années et a probablement été créé par cet impact.
L'astéroïde actif 311P/PANSTARRS
311P/PANSTARRS est un astéroïde actif, c'est-à-dire un objet céleste dont l'orbite est similaire à celle d'un astéroïde (petit corps circulant à l'intérieur du système solaire) mais dont les caractéristiques sont celles d'une comète (petit corps ayant une activité cométaire sur une partie de son orbite). En 2022, une trentaine de corps célestes de ce type avaient été découverts. 311P/PANSTARRS a été observé pour la première fois en 2013 dans le cadre du programme Pan-STARRS. Il circule dans la ceinture d'astéroïdes entre les planètes Mars et Jupiter à environ deux unités astronomiques du Soleil (deux fois la distance de la Terre au Soleil) et sa période orbitale est de trois années terrestres. Son diamètre est approximativement de et sa période de rotation est de . Sa forme est incertaine. Il pourrait s'agir d'un astéroïde de type S de la famille de Flore. Le télescope spatial Hubble a observé en 2013 jusqu'à six queues cométaires associées à cet objet. L'hypothèse est que ce sont des débris éjectés par l'astéroïde. À la suite de cette découverte, on a retrouvé des images de 311P/PANSTARRS prises en 2005 qui ne montrent qu'une activité cométaire faible.
Historique du projet
Le projet est proposé en 2018 par l'Académie chinoise des sciences. Les détails réalisation de cette mission sont rendus publics en 2019 lors d'une conférence donnée à Houston (Texas, États-Unis). Le projet est piloté par l'agence spatiale chinoise (CNSA) et sa réalisation est confiée à l'Académie chinoise de technologie spatiale (CAST). La mission spatiale, dont le lancement est à l'origine prévu pour 2024, est baptisée Zheng He en référence au célèbre marin et explorateur chinois de la dynastie Ming. La mission définie au départ restera inchangée jusqu'au lancement. Seul l'astéroïde actif exploré (objectif secondaire de la mission) est modifié en 2021 (311P/PANSTARRS remplace Elst-Pizarro). En avril 2022, la mission est rebaptisée Tianwen 2 et son lancement est repoussé d'un an à 2025. Le bouclier thermique de la capsule qui doit rapporter les échantillons de sol sur Terre en effectuant une rentrée atmosphérique à très grande vitesse est testé en 2023 en soufflerie puis la capsule est testée en vol (lancement à haute altitude) pour valider le processus de déploiement du parachute.
Objectifs de la mission
Objectifs scientifiques
L'objectif scientifique commun à l'étude du quasi-satellite et de l'astéroïde actif est de comprendre les processus qui se sont déroulés au début du système solaire et qui ont accompagné la formation des planètes.
En ce qui concerne l'objectif est de comprendre l'origine et la dynamique des quasi-satellites de la Terre. Selon certaines théories, ces quasi-satellites se seraient formés à la suite d'un impact sur la Lune.
Un objectif secondaire de cette mission est l'étude d'un astéroïde actif. Ce type de petit corps, découvert relativement récemment, présente des caractéristiques hybrides entre celles de l’astéroïde (orbite très stable située dans la ceinture d'astéroïdes) et celles d'une comète (caractérisée par l'éjection de jets de gaz et de poussière et une orbite très elliptique passant pour certaines bien au-delà de la planète la plus éloignée) alors que jusqu'à récemment on pensait qu'il s'agissait d'objets complètement distincts. Ils ont un comportement similaire à celui d'une comète mais la dégazéification résulte sans doute d'un processus de sublimation de la glace. La présence de glace dans la ceinture d'astéroïdes est une piste très importante pour la recherche de l'origine de l'eau sur Terre. Avant , aucune mission spatiale n'a étudié in situ un astéroïde actif, toutes les observations ont été effectuées à l'aide de télescopes. Aussi leurs caractéristiques précises sont mal connues. La mission doit remplir trois objectifs : déterminer les caractéristiques des astéroïdes actifs. déterminer la quantité d'eau présente dans les comètes de la ceinture principale. déterminer si les comètes de la ceinture principale ont pu constituer une source effective de l'eau présente sur Terre.
Objectifs techniques
La mission doit permettre aux ingénieurs chinois de maitriser plusieurs technologies : Technique de prélèvement d'échantillons de sol à la surface d'un petit corps céleste dans un contexte par conséquent de très faible gravité ; Système de navigation autonome de très grande précision ; Capsule de retour d'échantillon légère et de petite taille ; Rentrée atmosphérique à très grande vitesse ; Propulsion spatiale multimode (chimique et électrique) ; Propulsion électrique caractérisée par une grande fiabilité dans la durée.
Caractéristiques techniques
Les autorités spatiales chinoises ont diffusé peu d'informations sur les aspects techniques de la mission. est un engin spatial de forme cubique stabilisé sur trois axes dont la masse est d'environ deux tonnes. Il repose sur une plateforme conçue spécifiquement pour répondre aux besoins de la mission. La propulsion principale est fournie par un moteur-fusée brûlant des ergols hypergoliques. L'engin spatial dispose également d'une propulsion ionique ce qui constitue une première pour une mission chinoise d'exploration du système solaire. Celle-ci est constituée de deux moteurs LIPS-300S dont la poussée est comprise entre 10 et avec une impulsion spécifique comprise entre . La consommation électrique de ces moteurs est comprise entre et . L'énergie est fournie par deux panneaux solaires de forme circulaire de de diamètre similaires à ceux du vaisseau américain Orion ou de la sonde spatiale Lucy (également une première pour la Chine) dont la puissance est inconnue mais dont les cellules photovoltaïques ont un rendement est de 34 %. Ils doivent répondre aux besoins de la sonde spatiale lorsque celle-ci se trouve à une distance de de kilomètres du Soleil durant l'étude de la comète ( la distance Terre-Soleil). Les données scientifiques sont transmises vers la Terre à un débit compris entre et par seconde en fonction de la distance de la Terre.
Système de collecte des échantillons
Tianwen 2 utilise deux systèmes de prélèvement d'échantillon afin d'améliorer la probabilité de succès de l'opération compte tenu des incertitudes concernant la nature du sol de l'astéroïde (amas de débris ou objet solide) :