Hayabusa2 réalise la première expérience de télémétrie laser sur un astéroïde

La sonde spatiale japonaise Hayabusa2 a ajouté une nouvelle entrée à son palmarès d'exploration. Le dimanche 5 juillet, la sonde a réussi à faire rebondir un faisceau laser sur l'astéroïde Torifune et à capturer le signal de retour, réalisant ainsi la première expérience de télémétrie laser jamais menée contre un astéroïde. L'Agence japonaise d'exploration aérospatiale (JAXA) a confirmé cette étape, qui a eu lieu alors que Hayabusa2 survolait Torifune, la première destination de la mission prolongée de la sonde.

Cette réalisation est plus qu'une curiosité technique. La télémétrie laser fonctionne en chronométrant le temps qu'une impulsion lumineuse met pour atteindre une surface et revenir, ce qui donne aux opérateurs un moyen direct de fixer la distance et de sonder à distance le caractère physique d'un corps. Selon la JAXA, cette démonstration renforcera les capacités de ses propres ingénieurs et de ceux d'autres agences spatiales alors qu'ils se préparent à de futures missions vers des astéroïdes géocroiseurs (NEA) et d'autres objets de l'espace lointain.

Une étape fondée sur un altimètre éprouvé

L'expérience reposait sur l'altimètre laser LIDAR de Hayabusa2, connu sous le nom de LALT. L'instrument est un dérivé de l'altimètre LIDAR embarqué sur l'orbiteur lunaire Kaguya de la JAXA, adapté aux exigences très différentes d'un fonctionnement autour d'un petit astéroïde.

LALT n'a jamais été conçu pour la seule mesure de distance. Sa conception lui permet également d'aider à déterminer la densité et la porosité d'un astéroïde, d'enregistrer la réflectivité de sa surface et de rechercher des particules de poussière en lévitation, le matériau fin qui peut être soulevé d'un petit corps et dériver au-dessus de sa surface.

L'instrument est déjà un vétéran de la mission. Il a joué un rôle important dans la navigation de Hayabusa2 et a collecté des données substantielles sur la topographie de surface de Ryugu, l'astéroïde que la sonde a étudié plus tôt dans son voyage. Ce travail antérieur a donné à l'équipe un outil bien compris à adapter pour la rencontre avec Torifune.

Deux tirs sur un grain de roche

Le timing était crucial. Le laser a tiré deux fois, à 18 h 29 (2 h 29 PDT ; 5 h 29 EDT), la première impulsion étant émise 56,5 secondes avant le survol de Torifune et la seconde 57,5 secondes avant celui-ci. Hayabusa2 se trouvait à environ 20 kilomètres (12,5 miles) pour le premier tir et à environ 15 kilomètres (9,3 miles) pour le second.

À ces deux moments, la sonde voyageait à 5,3 kilomètres par seconde, soit environ 18 000 kilomètres par heure (3,3 miles par seconde, ou 11 185 mph). Comme le faisceau est étroitement focalisé, il n'a éclairé qu'une petite parcelle de Torifune, couvrant des zones d'environ 30 mètres (100 pieds) et 23 mètres (75,5 pieds) de diamètre.

Cette combinaison de vitesse, de distance et de faisceau étroit a produit une liste d'obstacles que l'équipe de mission a dû surmonter à l'avance.

• Le laser devait être pointé vers une petite cible tandis que la sonde la dépassait à des milliers de kilomètres par heure.
• Atteindre cette cible nécessitait un contrôle précis de l'attitude et de la trajectoire, maintenant l'orientation et la trajectoire de la sonde dans des limites strictes.
• Les instruments devaient être configurés pour que les faibles retours de la surface ne soient pas perdus dans le bruit de fond.
• La séquence globale exigeait une préparation approfondie de l'équipe de mission avant la rencontre.

Ces préparatifs ont porté leurs fruits lors des deux tentatives, et non d'une seule. La JAXA a publié des images montrant la zone éclairée par le laser lorsque la télémétrie a réussi, à côté des empreintes des impulsions qui n'ont pas donné de résultat utilisable.

Pourquoi la télémétrie laser est si difficile dans l'espace lointain

Mesurer la distance avec la lumière semble simple en principe : envoyer une impulsion, chronométrer l'aller-retour, diviser par deux. En pratique, l'espace lointain supprime les aides qui rendent la technique routinière plus près de chez nous. Il n'y a pas d'objets de référence là-bas pour ancrer une mesure, ce qui rend la télémétrie précise considérablement plus difficile à obtenir et à interpréter.

Sur Terre et en orbite terrestre basse, les opérateurs peuvent s'appuyer sur des repères connus, des stations au sol et des signaux de navigation par satellite pour vérifier leur travail. Une sonde spatiale opérant seule près d'un astéroïde doit dépendre de son propre instrument, de sa propre horloge et d'un système de contrôle d'attitude suffisamment bon pour maintenir un faisceau étroit sur un corps irrégulier en rotation. C'est pourquoi le résultat de Torifune est traité comme une première plutôt que comme une amélioration progressive.

Ce que la démonstration ouvre

La valeur de l'expérience réside largement dans ce qu'elle prouve sur le matériel et les opérations qui le soutiennent.

• La télémétrie directe peut affiner la navigation d'une sonde lors des approches rapprochées, lorsque la distance et la géométrie précises importent le plus.
• Les retours laser portent des informations sur la réflectance de surface, aidant les scientifiques à distinguer les types de terrain et de matériau.
• Combinée à d'autres mesures, la télémétrie soutient les estimations de la densité et de la porosité d'un astéroïde, indices clés de sa structure interne et de son histoire.
• Des retours sensibles pourraient révéler de la poussière en lévitation, un phénomène qui façonne la façon dont les petits corps perdent et redistribuent de la matière.

Pour Hayabusa2, qui a déjà passé des années dans l'espace lointain, le test du 5 juillet est aussi un rappel que les missions prolongées peuvent continuer à générer de nouvelles sciences longtemps après que leurs objectifs principaux sont atteints. Torifune est la première cible de cette phase prolongée, et le survol a donné à l'équipe l'occasion de valider une technique qui n'avait jamais été essayée sur un astéroïde.

Le succès résonne également au-delà du Japon. L'altimétrie laser et la télémétrie sont des outils partagés au sein de la communauté internationale de l'exploration, et une démonstration vérifiée sur un astéroïde donne aux ingénieurs ailleurs une référence pour la conception d'instruments et les procédures opérationnelles alors que davantage de sondes sont envoyées vers des destinations proches de la Terre et de l'espace lointain.

Pour l'instant, les chiffres phares sont petits : un faisceau qui a éclairé une parcelle de roche de seulement 23 mètres de diamètre, tiré d'environ 15 kilomètres par une sonde se déplaçant à 18 000 kilomètres par heure, avec le signal de retour capturé lors de deux tentatives consécutives à quelques secondes d'intervalle. C'est la mesure que la JAXA qualifie de première, et elle servira probablement de modèle pour beaucoup d'autres.

Cet article est basé sur un reportage de Phys.org. Lire l'article original.