(OSO) est un programme de l'agence spatiale américaine, la NASA, constitué d'une série de spatiaux lancés entre 1962 et 1975. Les OSO sont les premiers observatoires spatiaux entièrement destinés à l'observation du Soleil. Leur mission principale est l'étude du cycle solaire de par observation du rayonnement ultraviolet et X émis par le Soleil.

Construits par la société , l'architecture de ces engins spatiaux de relativement petite taille (environ sauf les deux derniers de la série) était particulièrement originale. Ils comprenaient deux sous-ensembles : d'une part la « voile », une structure plane faisant face en permanence au soleil recouverte de cellules solaires et supportant les instruments qui devaient être pointés en permanence vers le Soleil, d'autre part la roue perpendiculaire au plan de la voile et en rotation lente qui emportait les instruments ne nécessitant pas un pointage précis (mesures in situ) ainsi que tous les équipements nécessaires au fonctionnement du satellite.

Sur les OSO, 8 ( à 8) sont lancés avec succès par un lanceur Delta. Bien que disposant d'instruments aux capacités limitées par la taille de l'observatoire, ils ont fourni aux physiciens spécialistes du Soleil les premières observations détaillées des émissions du Soleil dans les bandes spectrales X et gamma inaccessibles depuis la Terre. Ces données ont sur la couronne solaire et processus conduisant aux éruptions solaires.

Contexte

Deuxième génération des satellites scientifiques

Durant les cinq premières années qui suivent le lancement du premier satellite artificiel dans l'espace ( en 1957) marquant le début de l'ère spatiale, une première génération de satellites scientifiques est développée. Ces satellites, conçus sans disposer d'aucune expérience extérieure, sont simples, de petite taille (pas plus de quelques dizaines de kilogrammes car les lanceurs existants ont des capacités réduites) et n'effectuent généralement qu'un seul type de mesure. Au sein de l'agence spatiale américaine, la NASA, ce sont les premiers satellites du programme , les Injun de l'université d'Iowa, les Vanguard ainsi que les LOFTI et SOLRAD du Naval Research Laboratory. La NASA lance par la suite trois séries de satellites beaucoup plus sophistiqués : ce sont la série des (OAO), les (OGO) et les (OSO)..

Un rayonnement solaire inobservable depuis la surface de la Terre

Les scientifiques observent le Soleil depuis l'époque de Galilée. Mais de nombreux processus internes du Soleil ne peuvent être étudiés qu'à travers le rayonnement qu'ils génèrent. Les observatoires terrestres ne peuvent étudier que la partie du spectre électromagnétique qui n'est pas bloqué par l'atmosphère terrestre ce qui écarte ultraviolet, et rayons gamma. Or les émissions produites par les processus solaires, parce que ces derniers sont très énergétiques, ont lieu principalement dans ces longueurs d'onde. Des observatoires spatiaux, parce qu'ils sont capables de s'affranchir de la barrière de l'atmosphère terrestre, sont seuls capables de fournir des informations essentiels sur les processus solaires.

Historique du projet Les satellites du programme OSO sont tous conçus par le centre de vol spatial Goddard qui est l'établissement de l'agence spatiale américaine, la NASA, consacré aux missions scientifiques. La fabrication des huit premiers observatoires ( à , mis en orbite comme à ) est confiée à la société Ball Aerospace (à l'époque Ball Brothers Research Corporation). La fabrication d'une deuxième sous-série comprenant trois engins spatiaux (, J et K) est confiée à Hughes Aircraft. Seul fut réalisé (en orbite ). Pour des raisons budgétaires, et ne furent pas fabriqués et le budget fut utilisé pour développer l'observatoire SolarMax. Le modèle de vol de rechange de () fut racheté par l'Armée de l'Air américaine, modifié et doté d'une nouvelle instrumentation puis placé en orbite en 1979 sous l'appellation Solwind (ou P-78-1).

Le premier satellite de la série, , est lancé en 1962 et parvient à mesurer le rayonnement électromagnétique du Soleil dans les bandes spectrales de l'ultraviolet, des et des rayons gamma. Les deux satellites suivants sont victimes de défaillance de leur lanceur. Finalement huit satellites parviennent jusqu'à leur orbite et fournissent des données. Tous ont pour objectif d'étudier le rayonnement du Soleil. Les , 6 et 7 étudient plus particulièrement les éruptions solaires qui constituent une menace pour les équipages des missions Apollo qui ont lieu à cette époque.

Architecture technique vignette|Schéma de l'architecture des satellites OSO. À l'époque de la conception des satellites OSO, la technique de stabilisation active de l'orientation des satellites, qui est souhaitable pour pouvoir pointer des instruments vers un objet céleste, n'est pas encore au point. Pour stabiliser son orientation, le corps du satellite est mis en rotation et un dispositif spécial doit être développé pour maintenir malgré ce mouvement un instrument pointé vers sa cible. Tous les satellites du programme sont stabilisés par cette méthode et adoptent une architecture qui, pour prendre en compte cette contrainte, comprend deux sous-ensembles : la Roue qui est un cylindre peu épais en rotation et la Voile pointant en permanence vers le Soleil grâce à un moteur électrique. La Voile porte les instruments qui analysent le rayonnement solaire ainsi que le panneau solaire qui génère l'énergie électrique du satellite. Instruments et panneau solaire sont donc maintenus en permanence pointés vers le Soleil malgré le mouvement de la Roue. Le palier assurant la liaison mécanique entre la Roue et la Voile constitue la pièce la plus critique du satellite car elle doit pouvoir fonctionner sans à-coups durant des mois dans les conditions difficiles du vide spatial et en l'absence de système de lubrification. La Roue abrite dans des compartiments en forme de tranche de camembert, les fonctions de support du satellite ainsi que certains instruments scientifiques. a une masse d'environ . Les satellites à ont une masse proche de . et ont une masse de .

, tête de série lancé en 1963, est le premier satellite artificiel à disposer d'un instrument pointé en permanence vers une cible fixe et il est également le premier à enregistrer les données recueillies par ses instruments sur un magnétophone à bandes (jusque là les données étaient transmises en temps réel et étaient donc perdues lorsque aucune station terrienne était à portée).

Missions du programme

OSO 1 vignette|OSO 1.

Déroulement de la mission Cette première mission de la série est lancée le . La roue dont le diamètre est de comporte sept côtés. Le satellite est placé sur une orbite quasi circulaire ayant une altitude de et une inclinaison orbitale de . Son objectif principal est de mesurer le rayonnement ultraviolet X et gamma du Soleil. Un objectif secondaire est d'étudier la poussière présente dans l'espace. Le satellite fonctionne normalement jusqu'à la défaillance du second magnétophone utilisé pour enregistrer les données le . Il continue néanmoins à transmettre des données en temps réel jusqu'en . Il est détruit en pénétrant dans l'atmosphère terrestre le .

Instruments scientifiques Les instruments installés à bord d' sont : Mesure du rayonnement gamma solaire 0,1- Mesure du solaire 1- Mesure du solaire 20- Mesure du rayonnement ultraviolet solaire Détecteur de protons solaires BF-3 Détecteur de poussière Détecteur de rayons gamma à scintillateurs - (monté sur la Roue). Détecteur de rayonnement gamma à haute énergie () destiné à étudier les éruptions solaires. Détection des protons de plus de et des électrons de plus de émis dans les régions situés en dessous des ceintures de Van Allen (monté sur la Roue) Mesure des émissions correspondant à la raie Lyman-alpha de l'hydrogène (monté sur la Roue). Spectromètre du rayonnement solaire entre 10 et .

Résultats L'instrument mesurant le rayonnement gamma dans la bande 0,5- a mis en évidence la présence d'un bruit de fond contribuant à esquisser la nature d'un problème que rencontrera l'astronomie gamma.

OSO 2 vignette|OSO 2. Le deuxième exemplaire de la série, ayant été perdu à la suite d'une explosion de son lanceur au sol qui tua trois techniciens, un prototype fut réutilisé en reprenant certains composants préservés de ainsi que d'autres éléments disponibles. est placé en orbite le . Il fonctionne de manière nominale jusqu'à épuisement du gaz utilisé pour contrôler son attitude et il est placé en réserve le . L'architecture de est identique à celle de son prédécesseur avec certains instruments disposés sur la voile pointant en permanence en direction du Soleil tandis que d'autres sont en rotation. Toutefois le système de pointage permettait de scanner la région autour du Soleil ( d'arc). Les instruments embarqués sont les suivants : Un coronographe mesurant l'intensité du rayonnement en lumière visible de la couronne solaire en utilisant un photomultiplicateur. La résolution spatiale était d'une minute d'arc. L'instrument était fourni par le . Un spectromètre imageur mesurant le rayonnement ultraviolet du Soleil. Il fournit des images du disque solaire aux longueurs d'onde Solar de l'hydrogène Lyman-Alpha (), de l'hélium II () et dans la bande spectrale centrée sur . La résolution spatiale est de d'arc. L'instrument est fourni par le Centre vol spatial Goddard. Une expérience destinée à détecter les sursauts du en effectuant des mesures d'une part dans trois longueurs d'onde (2-, 8- et 44-) pour mesurer les émissions au-delà du limbe solaire et du bruit de fond céleste () et d'autre part dans deux bandes spectrales (2- et 44-) pour mesurer les sources de émis par le Soleil. Une expérience destinée à détecter les rayons gamma émis par le Soleil ainsi que par d'autres objets célestes dans la bande spectrale 0,1-. Cet instrument était fourni par le centre de vol spatial Goddard.

OSO 3 vignette|OSO 3. Le troisième satellite de la série avait comme objectif de poursuivre la collecte des données de l'activité du Soleil sans créer de discontinuités. Pour ce faire il emportait des instruments mesurant le rayonnement dans l'ultraviolet lointain ainsi que les éruptions solaires et le rayonnement du Soleil dans la bande spectrale des et des rayons gamma. Mais au cours du lancement qui a lieu le le troisième étage de la fusée Delta s'éteint de manière prématurée et le satellite ne parvient pas jusqu'à l'orbite. Le satellite est modifié (on y installe les instruments similaires à ceux qui équipaient , et il est lancé le et prend la désignation . Il fonctionne normalement jusqu'en . A cette date le deuxième enregistreur sur bande magnétique est victime d'une défaillance. Le satellite est placé en sommeil le et devient incontrôlable peu après.

Les instruments embarqués à bord de sont : Un photomètre destiné à mesurer le mou (8 à ). L'instrument placé sur la roue était fourni par l'Université du Michigan. Un détecteur de particules chargées (rayons cosmiques) et de rayons gamma émis par le Soleil et les autres sources permettant de mesurer les nucléons de masse atomique 1, 2, 3 à 5, 6 à 9 et 10 ainsi que les rayons gamma d'environ . L'instrument placé sur la roue était fourni par le centre de vol spatial Goddard. Un radiomètre directionnel mesurant l'intensité totale du rayonnement solaire réfléchi par la Terre (albedo) et l'intensité du rayonnement émis par la Terre dans la bande spectrale comprise entre 0,15 et . L'instrument était fourni par le Centre de recherche Ames. Un instrument mesurant la distribution dans cinq bandes spectrales du rayonnement solaire réfléchi par la Terre (albédo) émis entre 0,32 à . L'instrument était fourni par le Centre de recherche Ames. Un spectromètre mesurant le rayonnement solaire dans l'ultraviolet lointain (250 à ). L'instrument était fourni par le laboratoire Phillips.