Vela est une famille de satellites de reconnaissance développée par les États-Unis dans le cadre du projet Vela destiné à surveiller l'application du Traité d'interdiction partielle des essais nucléaires signé en 1963 avec l'URSS et plusieurs pays disposant d'un programme d'arme nucléaire. Le premier satellite de la série est lancé en 1963 et les derniers exemplaires sont mis en orbite en 1970 et désactivés en 1984. Pour remplir leur rôle, les satellites sont équipés d'instruments permettant de détecter les rayonnements gamma, X et les neutrons émis par une explosion nucléaire. Les instruments de ces satellites ont joué un rôle scientifique important dans le domaine de l'astronomie en permettant la découverte des sursauts gamma et en précisant de manière significative les caractéristiques du vent solaire.

Déroulement du projet

Le projet Vela puis le programme Integrated Operational Nuclear Detection System (IONDS) lancé par les États-Unis pour surveiller l'application du Traité d'interdiction partielle des essais nucléaires signé en 1963 comprend trois volets : Vela Uniform doit surveiller les signaux sismiques émis par un essai nucléaire souterrain, Vela Sierra détecte les tests atmosphériques depuis le sol tandis que Vela Hotel doit détecter ces mêmes essais depuis l'espace. Le projet Vela est développé par la DARPA et supervisé par l'Armée de l'Air américaine. L'appellation Vela est choisie en référence à la constellation des Voiles. Douze satellites, en deux sous-séries, sont construits par la société TRW. Les instruments sont développés par le Laboratoire national de Los Alamos qui avait acquis une expérience dans le développement des détecteurs de rayons cosmiques et de rayons gamma en développant des charges utiles pour fusées-sondes .

Déploiement Les satellites sont lancés par paire par des lanceurs Atlas/Agena en 1963 (), 1964 () et 1967 (). Les versions suivantes plus lourdes par des fusées Titan C en 1967 (), 1969 () et 1970 (). Ils sont placés sur une orbite haute circulaire (altitude ) avec une inclinaison orbitale de 36°. Chaque paire circule sur la même orbite mais occupe une position opposée (à 180°) pour assurer ensemble une surveillance complète de la surface du globe.

Les satellites Vela ont complètement rempli leurs objectifs et ont par ailleurs fourni des informations scientifiques qui ont eu impact significatif dans le domaine de l'astronomie (vent solaire, sursaut gamma). Les satellites ont tous fonctionné au minimum plus que la durée pour laquelle ils avaient été conçus (). Les satellites de la version améliorée ( et 6) ont fonctionné jusqu'à ce qu'ils soient volontairement mis hors service le soit près de après leur lancement.

Caractéristiques techniques

Le satellite Vela a la forme d'un polyèdre régulier à dont le corps est recouvert de cellules solaires générant . Il est stabilisé par rotation à raison de deux tours par seconde (premières versions) puis un tour par seconde pour les versions et 6. Sa masse est comprise entre () et (). La paire de satellites comprend un moteur d'apogée chargé de placer le satellite sur son orbite finale.

Instruments

Satellites 1A à 4B Détecteur de rayons X Instrument présent sur les satellites à partir de

Détecteur de rayons gamma Instrument présent sur les satellites à partir de

Détecteur de neutrons Instrument présent sur les satellites à partir de

Le détecteur de neutrons identifie à la fois les neutrons générés par une explosion nucléaire et ceux d'origine spatiale (sous produits des rayons cosmiques, autres). Les électrons d'une énergie comprise entre étaient mesurés par cet instrument.

Expérience de vent solaire Instrument présent sur les satellites à partir de

L'instrument est composé de quatre compteurs Geiger et d'une analyseur électrostatique permettant l'étude du vent solaire et des électrons à faible énergie issus de l'espace interplanétaire et de la queue de la magnétosphère. Les compteurs Geiger permettaient de mesurer le flux et la distribution angulaire des électrons ayant une énergie supérieure à .

Spectromètre électron proton ⇒ Analyseur électrostatique et tubes Geiger Instrument présent sur les satellites de à 3B

Mesure de la distribution angulaire et du spectre énergétique des particules de la magnétosphère et du vent solaire. Un compteur Geiger compte les électrons ayant une énergie supérieure à . Un analyseur électrostatique mesure l'énergie des ions et électrons selon une grille de comprises entre et évalue grossièrement leur distribution angulaire par rapport au Soleil.

Détecteur du rayonnement de fond Instrument présent sur les satellites et 2B

Compteur de rayons X à scintillateur Instrument présent sur les satellites à partir de

Cet instrument est utilisé pour mesurer le flux de rayons X émis par le Soleil. Il est également utilisé pour mesurer le flux intégré de protons entre 3 et .

Détecteur circuit statique Instrument présent sur les satellites à partir de

Cet instrument mesure l'intensité, la distribution, les variations temporelles et le spectre énergétique des électrons présents dans la région de transition et dans la queue de la magnétosphère. Les particules mesurées sont les électrons dont l'énergie est comprise entre et les protons entre . Dans la version embarquée sur les la mesure porte les électrons dont l'énergie est comprise entre et les protons entre . Dans la version embarquée sur les la mesure porte les électrons dont l'énergie est comprise entre .

Tubes Geiger Instrument présent sur les satellites à 3B

Ce détecteur est utilisé pour analyser les cas où des électrons et des protons de même énergie sont identifiés par le détecteur circuit statique .

Magnétomètre Instrument présent sur les satellites à 3B

Le magnétomètre permet de mesurer le champ magnétique sur un seul axe perpendiculaire à l'axe de rotation du satellite. La sensibilité du détecteur couvre la plage 0-63 gamma.

Détecteur Gamma et rayons X avec scintillateurs Instrument présent sur les satellites à partir de

Détecteur d'ultraviolet extrême Instrument présent sur les satellites Vela à partir de 3A

Télescope particules énergétiques à circuit solide Instrument présent sur les satellites à partir de

L'instrument comprend quatre détecteurs de particules de type semi-conducteur, un tube photomultiplicateur et un scintillateur anti-coïncidences avec un champ optique de 30°. Il est utilisé pour mesurer l'intensité et la direction des protons dont l'énergie est comprise entre et les noyaux alpha dont l'énergie est comprise entre .

Satellites 5A à 6B

Détecteur d'ultraviolet extrême Deux détecteurs mesurent le rayonnement ultraviolet extrême émis par le Soleil respectivement dans les longueurs d'onde 30 à 150 A et 120 à 900 A. L'instrument restitue le spectre approximatif du flux.

Détecteur rayons X solaires

Télescope particule solaires L'instrument est utilisé pour mesurer l'intensité et la direction des protons solaires dont l'énergie est comprise entre et les noyaux alpha solaires dont l'énergie est comprise entre . Il permet d'identifier et de mesurer les flux de noyaux de deutérium, de tritium et d'hélium-3. L'instrument comprend trois télescopes orientés à 45°, 90° et 135° par rapport à l'axe de rotation du satellite. Chaque télescope comprend un tube de collimation avec un champ optique de 30° et un détecteur de particules de type circuit solide.

Détecteur d'électrons

Vent solaire

Rayons cosmiques

Détecteur de neutrons

Astronomie rayons gamma

Historique des lancements

+Historique des lancements N° ordre Satellite Date de lancement Lanceur Masse Instruments Identifiant Cospar Commentaire1 Vela 1AAtlas Agena-D 3 instruments 1963-039A 2 Vela 1B 1963-039C 3 Vela 2AAtlas Agena-D 8 instruments 1964-040A 4 Vela 2B 1964-040B 5 Vela 3AAtlas Agena-D 8 instruments 1965-058A 6 Vela 3B 1965-058B 7 Vela 4ATitan-3C 9 instruments 1967-040A 8 Vela 4B 1967-040B 9 Vela 5ATitan-3C 8 instruments 1969-046D 10 Vela 5B 1969-046E 11 Vela 6ATitan-3C 8 instruments 1970-027A 12 Vela 6B 1970-027B

Résultats scientifiques

Découverte des sursauts gamma

Les sursauts gamma sont le phénomène astronomique le plus violent de notre Univers. Ils se caractérisent par une émission de rayons gamma qui ne dure généralement de quelques millisecondes à quelques minutes. Le rayonnement gamma n'est directement observable que depuis l'espace aussi l'observation des sursauts gamma est conditionnée par la mise au point de détecteurs gamma embarqués dans des satellites artificiels. Les satellites Vela qui en sont équipés pour détecter les essais nucléaires sont les premiers à découvrir les sursauts gamma de manière accidentelle en . La première version des satellites, , dispose d'une instrumentation peu sensible. Par ailleurs, les détecteurs de chaque satellite peuvent réagir à des particules chargées issues de sources déjà connues (rayons cosmiques émis par le Soleil, rayonnement émis par une supernova…). Mais en , un signal de quelques secondes présentant un double pic atypique est perçu simultanément par les détecteurs de deux satellites . Les ingénieurs du Laboratoire national de Los Alamos dirigés par , qui analysent les données fournies par les satellites Vela, recherchent une explication mais aucune tempête solaire ni supernova n'est en cours à cette date. L'équipe du laboratoire a conscience qu'il s'agit d'un phénomène étonnant mais dans la mesure où les détecteurs ne fournissent ni la localisation de la source, ni la distance de celle-ci, ils reportent une analyse plus poussée à la mise à disposition de détecteurs plus sensibles embarqués sur les générations suivantes des satellites Vela. Le lancement de celles-ci s'échelonnent entre 1969 () et 1970 (). En analysant l'heure précise de détection des sursauts gamma par les différents satellites, les ingénieurs parviennent par triangulation à situer l'origine de seize de ces phénomènes dans le ciel, ce qui leur permet d'éliminer les sources de rayonnement connues à cette époque (Supernova, Terre, Lune, Soleil). Les données, qui étaient couvertes par le secret militaire du fait de la nature du programme Vela, sont déclassifiées en 1973 et la découverte des signaux mystérieux est rendue publique dans un article rédigé par l'équipe de Los Alamos et publiée dans l'Astrophysical Journal. Le nouveau phénomène est baptisé « sursaut gamma » ou GRB (« »).

Les données collectées par les satellites , B, 6A et 6B ont permis l'identification de gamma entre et . Les satellites et B ont été également utilisés pour rechercher des corrélations entre les sursauts gamma et des émissions de . Dans deux cas (GB720514 et GB740723), des données semblant indiquer un lien ont été détectées.

Détection d'essais nucléaires

Incident Vela

Le , un instrument (le bhangmeter) d'un des satellites Vela détecte un double flash lumineux (un flash bref suivi d'un flash long) considéré comme caractéristique d'une explosion nucléaire. Par le passé, cette signature lumineuse détectée par un satellite Vela avait pu être à chaque fois (dans ) associée à une explosion nucléaire réelle. Le signal lumineux du se produit dans une zone de de diamètre incluant l'extrémité sud de l'Afrique, l'océan Indien et l'Atlantique Sud, ainsi qu'une petite partie de l'Antarctique.