Giotto est une mission spatiale de l'Agence spatiale européenne (ESA) dont la sonde a survolé la comète de Halley et la comète Grigg-Skjellerup pour en étudier les caractéristiques. Elle faisait partie d'une flotte de cinq sondes spatiales lancées en 1985 pour survoler la comète de Halley aux côtés de deux sondes soviétiques, et , et de deux sondes japonaises, Sakigake et Suisei. Giotto est la première mission d'exploration du système solaire lancée par l'Europe et la première mission à s'approcher d'une comète et à collecter des données détaillées de celle-ci. Malgré les nombreuses incertitudes et risques de la mission, celle-ci est un succès et remplit entièrement ses objectifs. Elle a permis de découvrir que la comète de Halley possède un noyau solide beaucoup plus grand que prévu et qu’elle fait partie des objets les plus sombres du système solaire. L'analyse des matériaux éjectés a mis en évidence une très grande diversité de molécules dont sans doute des composés organiques relevant d'une chimie complexe.
Contexte
À la suite des missions des sondes spatiales Voyager (lancement en 1977) et Pioneer (1972-1973) qui avaient permis d'étudier les planètes externes (Jupiter, Saturne, Neptune et Uranus), le survol d'une comète et celui de Pluton sont les dernières grandes premières de l'exploration du système solaire qui restent à réaliser. Malgré l'intérêt scientifique pour un type de corps céleste dont on ne savait pas grand-chose, aucune agence spatiale n'a de projet de mission vers cette destination à la fin des années 1970. Le retour prévu en 1986 de la comète de Halley, la plus célèbre des comètes, allait modifier cette situation.
Le retour de la comète de Halley
La comète de Halley circule sur une orbite qui la fait repasser tous les 75 à 76 ans dans le système solaire interne (dont la Terre). D'une luminosité remarquable (elle est visible à l'œil nu depuis la Terre), elle a été étudiée et reconnue très tôt puisque les premières observations émanant d'une source fiable ont été effectuées en 240 par les chinois. Le caractère périodique de son orbite a été établi en 1695 par l'astronome anglais Edmund Halley qui a prédit avec succès son retour en 1758. Des observations astronomiques très poussées ont été effectuées durant son passage en 1835 et 1910 et la communauté des astronomes attend beaucoup de son retour en 1986 malgré une position peu favorable de la Terre par rapport à l'orbite de la comète. Halley est une comète de période courte dont l'apogée se situe 30 Unités Astronomiques du Soleil au-delà de l'orbite de Neptune et qui passe au plus près du Soleil à une distance de 0,587 U.A.. Du fait de son orbite très excentrique comme toutes les comètes, sa vitesse au plus près du Soleil est très élevée. Elle circule par ailleurs sur une orbite rétrograde (inverse de celle de la Terre) ce qui accroit sa vitesse relative par rapport à tout engin spatial lancé depuis la Terre. Malgré ces circonstances peu favorables pour une mission spatiale de survol, le passage de 1986 de la comète de Halley attire immédiatement l'intérêt des agences spatiales car sur les 1000 comètes connues est à l'époque, elle est la seule à posséder deux caractéristiques pour motiver une mission spatiale : Une mission spatiale vers une comète nécessite de connaitre parfaitement sa trajectoire ce qui implique qu'elle ait déjà effectué récemment plusieurs passages près du Soleil (périodicité courte). Une comète est d'autant plus intéressante sur le plan scientifique qu'elle émet de grandes quantités de gaz et d'eau caractéristiques des comètes ayant effectué peu de passages près du Soleil. Par ailleurs son importance historique n'est pas un facteur négligeable dans sa sélection.
Historique du projet Premières études
Le retour de la comète de Halley prévu en 1986 commence à susciter des études à l'agence spatiale américaine, la NASA, dès 1967. En 1973, l'agence spatiale européenne en charge des missions scientifiques, l'ESRO, prévoit d'inclure dans son futur programme scientifique une mission vers Halley. La NASA étudie le recours à une immense voile propulsée par les photons du Soleil chargée d'aligner la vitesse de la sonde spatiale sur celle de la comète. Mais devant le manque de maturité de cette technologie, la NASA se tourne vers la propulsion électrique à l'étude dans cette agence depuis plus de 15 ans.
Le projet ICM américano-européen
La NASA propose en 1979 de développer une mission spatiale effectuant un rendez-vous avec une autre comète à courte période Tempel 2 (Halley Flyby/Tempel 2 Rendezvous ou HBF/T2R). Celle-ci est relativement brillante, a une périodicité courte (5 ans) et son orbite est bien connue. Tempel est proposée parce que c'est l'une des comètes dont la trajectoire permet un survol à faible vitesse durant la décennie 1980. Le scénario proposé par la NASA prévoit que la sonde principale à destination de Tempel emportera une sonde spatiale secondaire chargée d'effectuer un survol à grande vitesse de la comète de Halley. Le développement de cette dernière sonde, dont l'importance semble de second plan pour les scientifiques américains, est confié à l'Agence spatiale européenne. La mission est baptisée International Comet Mission (ICM). La sonde spatiale américaine de 2,7 tonnes est propulsée par des moteurs ioniques expulsant du mercure dont elle emporte 870 kg. Les panneaux solaires d'une envergure de 64 mètres fournissent 25 kW lorsque la sonde spatiale se situe à une Unité Astronomique du Soleil. De son côté la sonde secondaire développée par l'agence spatiale européenne a une masse comprise entre 150 et 250 kg et est basée sur le satellite ISEE-2. Elle emporte 7 instruments dont un magnétomètre, un analyseur de poussière et un photomètre optique. Comme elle est stabilisée par rotation, elle n'emporte pas de caméra. La mission devait être placée sur une orbite basse par la Navette spatiale américaine. Un étage Interim Upper Stage (IUS) devait fournir la vitesse additionnelle nécessaire pour échapper à l'attraction terrestre. 15 jours avant le survol de Halley, la sonde européenne devait être mise en rotation puis larguée par la sonde américaine. Mais le coût de développement de la navette spatiale américaine ne laisse aucune ressource budgétaire pour ce projet proposé en 1979, date limite compte tenu de la nécessité de lancer ICM dès 1982. La NASA renonce à développer la mission en 1980. Ses partenaires européens découvrent cette décision en lisant un article sur le sujet dans un magazine économique.
Lancement du projet européen Giotto
Des ingénieurs et des scientifiques européens travaillent à la même époque sur un autre projet de mission conçu par le professeur Giuseppe Colombo de l'université de Padoue. Ce projet baptisé HAPPEN (Halley Post Perihelio Encounter) propose de lancer deux missions distinctes : HAPPEN 1 doit étudier durant deux ans la queue de la magnétosphère terrestre puis quitter le champ gravitationnel de la Terre et survoler Halley au niveau de son nœud descendant (par rapport au plan de l'écliptique) en mars 1986 tandis que HAPPEN 2 emporte sur un vaisseau mère trois petites sondes chargées également de survoler Halley. Ce projet est conçu initialement comme une solution de rechange de la mission développée avec la NASA. Avec le retrait de celle-ci l'Agence spatiale européenne abandonne le développement de la sonde spatiale secondaire associée à l'intérêt scientifique trop limité. HAPPEN est activé quelques mois plus tard et débouche sur la décision de développer d'une part un satellite destiné à étudier la magnétosphère (celui-ci sera abandonné par la suite) et une mission de survol de Halley qui doit pénétrer dans la chevelure de la comète constituée d'un nuage de particules et de molécules pour réaliser des photos de son noyau. La mission est baptisée Giotto à l'initiative du professeur Giuseppe Colombo : celui-ci avait attiré l'attention sur un article publié un an plus tôt qui émettait l'hypothèse que l'étoile figurant dans une fresque de Giotto réalisée vers 1305 faisait référence au passage de la comète de Halley de 1301.
L'armada Halley
Giotto n'est pas la seule sonde spatiale développée pour étudier Halley à l'occasion de son passage près du Soleil en 1986. "L'armada" de Halley, comme on l'appelle, comprend quatre autres missions spatiales. L'Union soviétique prévoit de lancer une mission vers Venus à une date proche de celle de l'arrivée de Halley. Celle-ci, baptisée Venera-84, doit larguer un ballon-sonde et un atterrisseur dans l'atmosphère de Vénus. Elle est développée en collaboration avec la France qui fournit des instruments scientifiques et des ballons destinés à explorer l'atmosphère de la planète. Les soviétiques, toujours en compétition avec les américains et qui veulent ainsi profiter de l'abandon de la NASA, décident de transformer la mission pour que celle-ci survole la comète de Halley une fois qu'elle a effectué son passage au-dessus de Vénus. La mission est rebaptisée Vega contraction en russe de Venera-Halley. Comme souvent à l'époque, par mesure de précaution deux exemplaires de la sonde spatiale doivent être lancés : Vega 1 et Vega 2. Ces sondes spatiales emportent notamment un spectromètre infrarouge (en russe InfraKrasnoie Spektrometer) fourni par des laboratoires français. L'Agence spatiale japonaise dédiée aux missions scientifiques, l'ISAS, de son côté, développe deux sondes spatiales Sakigake et Suisei dont l'objectif principal est d'étudier le vent solaire mais qui doivent passer non loin de la comète dans le cadre de leur mission et doivent recueillir des données à cette occasion.
Collaboration internationale
Un comité est mis en place - l'Internal Halley Watch - sous l'égide des Nations unies pour coordonner les opérations de ces différentes sondes spatiales, dont Giotto, et limiter les observations redondantes. Sous son égide une campagne d'observation astronomique est lancée pour retrouver la comète qui n'est plus visible depuis qu'elle s'est éloignée du Soleil après son dernier passage en 1910. Des observatoires terrestres du monde entier tentent de retrouver la comète qui se rapproche désormais du Soleil. C'est le télescope de 5 mètres du Mont Palomar qui la détecte le premier en octobre 1982 à 10 secondes de degré de la position prévue. La comète va passer relativement loin de la Terre et s'avèrera beaucoup moins brillante que lors de son passage précédent en 1910.
La décision la plus importante prise par cette commission est d'affiner la trajectoire de Giotto, qui est la dernière mission à survoler Halley, à l'aide des informations fournies par les sondes spatiales Vega. En effet, compte tenu de la vitesse de la comète, des jets de gaz émis et des difficultés soulevées par l'observation d'un objet aussi proche du Soleil, il est difficile de déterminer la trajectoire de Halley depuis la Terre avec une précision inférieure à km, une valeur beaucoup trop élevée pour Giotto qui doit passer à moins de 1000 kilomètres du noyau. Les mesures prises par les sondes spatiales Vega doivent permettre de réduire l'erreur à moins de 125 km.
Développement de la sonde spatiale européenne