(en japonais , , « Aube »), aussi nommée -C et ( « Orbiteur [pour l'étude] du climat de Vénus » ) est une sonde spatiale de la JAXA, l'agence spatiale japonaise, de type orbiteur dont l'objectif est d'étudier le climat de la planète Vénus. Akatsuki est la deuxième mission japonaise consacrée à l'étude du système solaire. Elle succède à la sonde spatiale Kaguya placée en orbite autour de la Lune en 2007, mais elle est beaucoup plus complexe. D'une masse de 518 kilogrammes au lancement elle emporte quatre caméras infrarouges et une caméra fonctionnant dans l'ultraviolet.
Akatsuki est lancée le par une fusée H-IIA depuis la base de lancement de Tanegashima. Le , sa manœuvre d'insertion en orbite autour de Vénus échoue à la suite d'une défaillance de sa propulsion. La sonde poursuit ensuite sa trajectoire sur une orbite héliocentrique. Bien que la sonde spatiale soit privée de sa propulsion principale, les opérateurs réussissent à la placer en orbite autour de Vénus 5 ans plus tard () en utilisant ses petits moteurs de contrôle d'attitude. L'orbite atteinte est toutefois trop haute et trop elliptique (environ 370 000 x 1 000 km), ce qui ne permet pas à Akatsuki de remplir l'ensemble de ses objectifs scientifiques. Néanmoins durant 10 ans, entre 2015 et 2025, la sonde spatiale parvient à recueillir des informations scientifiques de qualité sur l'atmosphère de la planète. La sonde spatiale européenne Vénus Express ayant épuisée en 2014 les ergols qui permettent de la maintenir en fonctionnement, elle est la seule sonde spatiale opérationnelle autour de Vénus. A la suite de la dégradation du fonctionnement de la sonde spatiale l'agence spatiale japonaise met fin officiellement à la mission le .
Objectifs
vignette|Caractéristiques tridimensionnelles de l'atmosphère de Vénus observées par les caméras de la sonde spatiale.
La sonde doit se placer en orbite autour de Vénus et étudier la dynamique de l'atmosphère de la planète et la super-rotation de la haute atmosphère. L'objectif central est de comprendre l'évolution du climat de Vénus en étudiant l'ensemble des mouvements qui se produisent au sein de l'atmosphère vénusienne. Par ailleurs, la sonde doit mesurer les températures atmosphériques, rechercher les indices d'activité volcanique et détecter d'éventuels éclairs et coups de tonnerre.
Pour remplir sa mission, la sonde doit circuler sur une orbite très elliptique de 80 000 × avec une inclinaison de 172° et une période de révolution de 30 heures. Il est prévu que la mission dure au minimum deux ans : la durée de vie du satellite est conditionnée essentiellement par celle des batteries.
Caractéristiques de la sonde vignette|La sonde spatiale en salle blanche peu avant son lancement. vignette|redresse=1.5|Schéma de la sonde spatiale montrant l'emplacement des principaux composants et des instruments.
Akatsuki, qui pèse avec le carburant embarqué ( à sec), a une forme parallélépipédique ( × × ). Deux panneaux solaires, qui fournissent en tout 500 watts au niveau de l'orbite de Vénus en fin de mission, sont disposés à l'extrémité d'axes situés de part et d'autre du corps de la sonde et peuvent être orientés avec un degré de liberté. La sonde est stabilisée 3 axes grâce à 6 roues de réaction et 12 petits moteurs-fusées (RCS) monoergol brûlant de l'hydrazine dont 8 ont une poussée de 23 newtons et 4 une poussée de 3 N. La sonde spatiale utilise une centrale à inertie, des accéléromètres et des senseurs stellaires et solaires pour contrôler son orientation. Pour les corrections de trajectoire et les manœuvres à l'arrivée près de Vénus, la sonde dispose d'un moteur-fusée OME (Orbital Maneuvering Engine) de 500 newtons de poussée consommant un mélange d'ergols hypergoliques d'hydrazine et de peroxyde d'azote. Les télécommunications se font en bande X (émetteur de ) et utilisent une antenne grand gain fixe de de diamètre, deux antennes moyen gain et deux antennes faible gain.
Les instruments embarqués, qui représentent une masse de , comprennent 4 caméras infrarouges et une caméra fonctionnant dans l'ultraviolet. Grâce à un choix précis des longueurs d'onde auxquelles les senseurs sont sensibles, chaque caméra permet d'étudier une strate particulière de l'atmosphère : caméra infrarouge 1μm (IR1) destinée à étudier les nuages bas, la vapeur, et le volcanisme actif. L'instrument d'une masse de (dont d'électronique partagée avec IR2) dispose d'un capteur CCD de type Si-CSD/CCD avec une définition de 1 024 × 1 024 pixels et un champ optique de 12°. Les longueurs d'onde observées sont 1,01 μm (observations de nuit de la surface et des nuages), 0,97 μm (observation de nuit de la vapeur), 0,90 μm (observation de nuit de la surface et des nuages), 0,90 μm (observation de jour des nuages) ; caméra infrarouge 2μm (IR2) destinée à étudier les nuages bas, les traces de gaz et la lumière zodiacale. L'instrument d'une masse de (dont d'électronique partagée avec IR1 et un système de réfrigération) dispose d'un capteur CCD de type PtSi-CSD/CCD avec une définition de 1 024 x 1 024 pixels et un champ optique de 12°. Les longueurs d'onde observées sont 1,75 μm (observations de nuit des nuages et distribution de la taille des particules), 2,26 μm (observation de nuit des nuages et distribution de la taille des particules), 2,32 μm (observation de nuit du mono-oxyde de carbone), 2,02 μm (observation de jour de la couche supérieure des nuages), 1,65 μm (observation de la lumière zodiacale) ; caméra infrarouge à grande longueur d'onde (LIR) destinée à étudier la distribution de la température au sommet des nuages. L'instrument d'une masse de utilise un bolomètre non refroidi d'une définition de 320 x 540 pixels pour observer la longueur d'onde 10 μm avec un champ optique de 12° ; l'imageur ultraviolet (UVI) doit fournir la répartition du dioxyde de soufre et d'autres composés détectables dans les longueurs d'onde de 283 et . L'instrument d'une masse de dispose d'un capteur CCD de type Si-CCD avec une définition de 1 024 x 1 024 pixels et un champ optique de 12° ; l'instrument (LAC) doit permettre de détecter les lueurs visibles dans la basse atmosphère pour mettre en évidence les phénomènes de luminescence atmosphérique (lumière émise par l'oxygène dans les hautes couches de l'atmosphère) et confirmer l'existence de coups de foudre. L'équipement d'une masse de effectue des observations dans les longueurs d'onde 777,4 nm (flashs et décharges lumineuses nocturnes), 480-650 nm (nuit : oxygène moléculaire), 557,7 nm (nuit : luminescence oxygène) et 545 nm (pour calibration) ; un équipement utilisé pour une expérience d'occultation radio - l'Ultra-stable Oscillator, USO - permettra d'obtenir la distribution verticale de la température et de la pression au-dessous de .
Le coût de développement d'Akatsuki est estimé à 25 milliards de yens, soit 230 millions d'euros.
Déroulement de la mission vignette|redresse=0.7|Décollage de la H-IIA emportant Akatsuki, le 20 mai 2010.
Échec de la première mise en orbite autour de Vénus (mai-décembre 2010)
Akatsuki est la sonde spatiale japonaise. Elle est lancée le par une fusée H-IIA depuis la Base de lancement de Tanegashima. Initialement, la sonde avait été conçue pour être lancée par une fusée M-V mais celle-ci a été retirée du service en 2006. Disposant d'une capacité supérieure au lanceur qu'elle remplace, la fusée H-IIA emporte également la voile solaire expérimentale IKAROS () qui va suivre de manière pratiquement passive (la voile génère une poussée très faible) à peu près la même trajectoire vers Vénus. Elle embarque également quatre petits satellites développés par des universités japonaises (UNITEC-1, Waseda-sat2, KSAT et Negai) dans le cadre d'un programme de l'agence spatiale japonaise visant à promouvoir les activités spatiales. Une première manœuvre de correction de la trajectoire de la sonde (delta-v de ) est effectuée avec le moteur-fusée OME le suivie d'une seconde en novembre. Le , la sonde utilise sa propulsion principal (moteur-fusée OME) pour se placer en orbite autour de Vénus mais la manœuvre échoue. Les données transmises par la sonde indiquent que la pression dans le réservoir a commencé à chuter en dessous de sa valeur nominale dès que le moteur a été mis à feu. La poussée du moteur s'est progressivement réduite jusqu'à perturber l'orientation de la sonde au bout de 2 minutes et 23 secondes entraînant la coupure volontaire de la propulsion. La durée de la phase propulsive programmée était de 12 minutes. Les responsables de l'agence japonaise émettent l'hypothèse que le système qui maintient en pression les réservoirs, qui repose sur l'injection d'hélium stocké sous haute pression, n'a pas fonctionné. L'origine de l'anomalie est due sans doute au mauvais fonctionnement d'une vanne amenant l'oxydant. Du fait d'un mauvais ratio du mélange carburant/oxydant, la tuyère recouverte de céramique a subi des températures plus élevées que prévu durant la mise en marche du moteur et a sans doute été endommagée . Selon une simulation réalisée par les ingénieurs de la JAXA, du fait de la rupture de la tuyère les gaz expulsés n'étaient plus canalisés correctement, entrainant une réduction de la poussée de 400 à 300 Newtons, et l'axe de la poussée n'était plus aligné avec l'axe de l'engin spatial. Une anomalie portant sur le même moteur OME se reproduira en 2024 lors de l'alunissage de la sonde spatiale lunaire SLIM.
Sauvetage de la mission (décembre 2010-2015)
L'insertion en orbite autour de Vénus n'ayant pu s'effectuer, Akatsuki se trouve désormais placée sur une orbite héliocentrique (autour du Soleil). Sur cette trajectoire, la sonde devrait à nouveau survoler la planète Vénus en . Les responsables de la mission espèrent alors pouvoir effectuer une nouvelle tentative lors de l'un de ces passages. En , les ingénieurs japonais font fonctionner à plusieurs reprises quelques secondes la propulsion principale OME pour compléter leur diagnostic et évaluer si celle-ci pourra être utilisée en 2015. Le résultat est négatif : l'accélération obtenue est neuf fois inférieure à celle attendue et la poussée est de 40 newtons au lieu de 500 N. Les ingénieurs estiment probable que le moteur continue de se dégrader. La décision est prise de ne plus avoir recours au propulseur principal mais d'utiliser les petits moteurs-fusées du système de pilotage par jets de gaz (sigle anglais RCS) de 23 et 4 N de poussée permettant de contrôler l'orientation de la sonde. Comme ceux-ci, contrairement à l'OME, sont monoergols (ils ne brûlent que de l'hydrazine), pratiquement tout le peroxyde d'azote est vidangé en octobre, ce qui permet d'alléger la sonde et d'accroître l'efficacité de la propulsion (la diminution de la masse permet d'accélérer la sonde avec une quantité moindre de carburant). Trois manœuvres de correction de trajectoire sont effectuées en en utilisant les moteurs RCS alors que la sonde se trouve au périhélie de son orbite autour du Soleil. L'objectif est de placer la sonde sur une trajectoire optimisée pour son prochain rendez-vous avec Vénus. Si la deuxième date est préférable sur le plan scientifique, car elle permet d'obtenir une orbite plus conforme aux attentes des scientifiques (plus proche de l'équateur), les risques liés à l'allongement de la durée de la mission (la fin de la mission était initialement prévue fin 2012) incitent l'équipe de la mission à préférer effectuer une tentative dès 2015. Jusque-là, la sonde est soumise à des conditions thermiques plus sévères que celles pour laquelle elle a été conçue avec des passages beaucoup plus proches du Soleil.
Les objectifs révisés de la mission scientifique