| Organisation | JAXA |
|---|---|
| Domaine | Étude de l'astéroïde(162173) Ryugu |
| Type demission | Retour d'échantillons |
| Statut | Mission étendue |
| Lancement | |
| Lanceur | H-IIA |
| Identifiant COSPAR | 2014-076A |
| Site | Site officiel |
| Assistance gravitationnelle de laTerre | |
| Mise en orbite autour de Ryugu | |
| 21 février 2019 | Collecte premier échantillon |
| 13 novembre 2019 | Départ de Ryugu |
| 5 décembre 2020 | Atterrissage de la capsule sur Terre |
| Juillet 2031 | Mise en orbite autour de1998 KY26 |
| Masse au lancement | 609 kg |
|---|---|
| Propulsion | Moteur ionique 4 × 10 millinewtons |
| Ergols | Xénon |
| Masse ergols | 60 kg (xénon) 48 kg (hydrazine/MON-3) |
| Δv | > 2 km/s |
| Contrôle d'attitude | Stabilisé 3 axes |
| Source d'énergie | Panneaux solaires |
| Puissance électrique | 2 600 watts (1 ua) |
| Périapside | 0,963 ua |
|---|---|
| Apoapside | 1,146 ua |
| Inclinaison | 5,88° (plan de l'écliptique) |
| ONC | Caméras |
|---|---|
| LIDAR | Altimètre |
| NIRS / TIRS | Spectromètresinfrarouges |
| MINERVA II (rovers) | Thermomètre, caméras |
| MASCOT (atterrisseur) | Caméra,magnétomètre,radiomètre,microscope |
Hayabusa 2(はやぶさ2?,litt. « Faucon pèlerin 2 ») est unemission spatiale de laJAXA, l'agence spatiale japonaise. Lancée le, cette sonde spatiale d'un peu plus de 600 kilogrammes, propulsée par quatre moteurs ioniques, a rejoint l'astéroïde(162173) Ryugu avant de l'étudier entre et. Au cours de son séjour lasonde spatiale a déposé plusieurs petits engins sur le sol qui ont recueilli des donnéesin situ grâce à plusieurs instruments embarqués. Hayabusa 2 a prélevé à deux reprises des échantillons du sol (5,4 grammes au total, au lieu des 100 milligrammes escomptés) qui sontramenés sur Terre pour être analysés. La capsule qui les contient atterrit dans la région désertique deWoomera enAustralie le.
Cette mission prend la suite d'Hayabusa lancée en 2003. Cette dernière, malgré de nombreux déboires, était parvenue à ramener une petite quantité de sol d'un astéroïde. Les principales caractéristiques techniques d'Hayabusa 2 sont identiques à celles de son prédécesseur. De taille relativement réduite, la sonde spatiale dispose de caméras, d'unaltimètre et de plusieursspectromètres. Elle se distingue de son prédécesseur par la méthode de collecte des échantillons et l'emport d'un petit atterrisseurMASCOT fourni par les agences spatiales allemande (DLR) et française (CNES). L'astéroïde étudié est detype C, c'est-à-dire susceptible de contenir des matériaux organiques.
Hayabusa 2 est, après Hayabusa, la deuxième mission ayant réussi à ramener des échantillons d'unastéroïde sur Terre. Les données collectéesin situ permettront d'améliorer nos connaissances sur le processus deformation et d'évolution du Système solaire. Mais l'objectif principal de la mission est de pouvoir analyser sur Terre un échantillon de sol de l'astéroïde qui permettra, grâce à la puissance des instruments disponibles dans les laboratoires terrestres, d'isoler éventuellement les composants primordiaux du Système solaire que l'astéroïde a théoriquement préservés.
En 2006, la commission japonaise des activités spatiales accepte de donner une suite à lamission de retour d'échantillonsHayabusa qui était alors en cours. Initialement, les caractéristiques d'Hayabusa 2 devaient être pratiquement identiques à celle de la premièresonde spatiale, mais en les responsables du projet annoncent que la nouvelle sonde utilisera une nouvelle méthode pour collecter les échantillons reposant sur l'envoi d'un impacteur. En, alors que la capsule contenant les échantillons prélevés parHayabusa vient tout juste de réussir son retour sur Terre (fin), l'agence spatiale japonaise (JAXA) obtient le feu vert du gouvernement pour lancer les développements. Le coût du projet est estimé à 16,4 milliards de yens (environ 200 millions euros). En, l'industrielNEC basé à Tokyo, qui avait déjà réalisé la première sonde spatiale, entame l'assemblage deHayabusa 2. Le projet rencontre des problèmes de financement et laJAXA se met à la recherche de partenaires. En, les agences spatiales française (CNES) et allemande (DLR) annoncent qu'elles développeront ensemble le petit atterrisseurMASCOT (Mobile Asteroid surface SCOuT) qui doit être déposé parHayabusa 2 à la surface de l'astéroïde pour analyser son sol[1].
La cible deHayabusa 2 estRyugu, unastéroïde de type C. Contrairement à l'astéroïdeItokawa visité par la première sonde spatiale qui était detype S, lesastéroïdes de type C sont susceptibles de renfermer des matériaux organiques et constituent donc une cible de choix. Ryugu circule sur une orbite semblable à celle de Itokawa et s'approche parfois relativement près de l'orbite terrestre. L'astéroïde est de forme à peu près sphérique avec un diamètre d'environ 875 mètres (à 15 mètres près). Sapériode de rotation est de 7,63 heures. Sonalbédo de 0,047 est faible[2],[3].
Hayabusa 2, après s'être placée en orbite autour de l'astéroïde, doit étudier à distance les caractéristiques de celui-ci, puis envoyer unatterrisseur chargé d'effectuer des analysesin situ avant d'effectuer un prélèvement d'échantillon qui doit être ramené sur Terre. La missionHayabusa 2 a deux objectifs scientifiques :
Le petit atterrisseurMASCOT doit permettre d'effectuer une analyse minéralogiquein situ du sol de l'astéroïde pour mettre en évidence d'éventuels minéraux hydratés et carbonés. Il doit également fournir le contexte scientifique aux observations effectuées à distance.
Hayabusa 2 a des caractéristiques très proches de celles de la sonde Hayabusa qui l'a précédée. Les différences portent principalement sur l'ajout d'une deuxièmeantenne parabolique grandgain, la modification des moteurs ioniques, l'emport du petitatterrisseurMASCOT développé par l'agence spatiale allemandeDLR, le système de collecte d'échantillons qui utilise un impacteur, uneroue à réaction supplémentaire pour ajouter une redondance qui avait manqué à la première mission, l'ajout d'un mode de communications enbande Ka plus performant et des modifications apportées auxmoteurs ioniques pour accroître leurpoussée de 25 % et les rendre plus fiables.Hayabusa 2 reste une sonde spatiale de relativement petite taille avec une masse totale 600 kg (Hayabusa : 510 kg) dont 100 kg d'ergols. Les dimensions de la sonde spatiale passent de 1,0 m × 1,6 m × 1,1 m à 1,0 m × 1,6 m × 1,25 m[4],[5].
Hayabusa 2 est alimentée en énergie par despanneaux solaires fixes déployés en orbite (envergure 6 mètres) qui fournissent 2,6 kW à 1Unité Astronomique (U.A.) du Soleil et 1,4 kW à 1,4 U.A. du Soleil (ce qui correspond à la distance la plus lointaine du Soleil atteinte par la sonde spatiale c'est-à-dire l'apogée de l'orbite de l'astéroïde). L'énergie est stockée dans unebatterie lithium-ion de 13,2 A-h. Le contrôle thermique est à la fois passif (revêtements isolants multi-couches) et actifs (circuit caloporteur évacuant la chaleur vers des radiateurs situés sur la face à l'ombre de la sonde spatiale). Des résistances sont utilisées pour maintenir à une température minimale les équipements et instruments qui en ont besoin.
Le système propulsif de Hayabusa 2 est à la fois chimique et électrique. La propulsion principale utilise 4moteurs ioniques ayant unepoussée unitaire de 10 millinewtons et utilisant duxénon avec uneimpulsion spécifique de 2 080 s fournissant undelta-V total de2 km/s. Trois moteurs peuvent fonctionner simultanément, le quatrième servant de rechange. Les moteurs ioniques accélèrent du xénon contenu dans un réservoir d'une contenance de 51 litres et pouvant contenir 73 kilogrammes de ce gaz. Hayabusa 2 emportant 60 kg de xénon ce qui lui permet demodifier sa vitesse de 2 km/s. Les quatre moteurs sont fixés sur la même face de la sonde spatiale orientables de +/-5 degrés. L'ensemble a une masse de 70 kilogrammes et doit pouvoir fonctionner pendant 18 000 heures au cours de la mission. Les petites corrections de trajectoire et les manœuvres à proximité de la Terre et de l'astéroïde sont effectuées à l'aide de 12 petits propulseurs chimiques brûlant un mélange hypergolique d'hydrazine et deMON-3 et ayant une poussée de 20 newtons répartis en deux sous-ensembles redondants. Ces propulseurs peuvent fonctionner par impulsions brèves pour corriger l'orientation, ou plus longues pour corriger la trajectoire ou désaturer lesroues de réaction. Hayabusa 2 emporte 48 kg d'ergols chimiques[5].
Lecontrôle d'attitude est réalisé à l'aide de quatre roues de réaction, deuxviseurs d'étoiles, deuxcentrales à inertie, quatreaccéléromètres et quatresenseurs solaires. Les viseurs d'étoiles qui constituent les capteurs primaires utilisent des caméras dont lechamp de vue est de 8 × 8°. Les télécommunications sont assurées via deuxantennes paraboliques fixes à grandgain (une enbande X et l'autre enbande Ka) et une antenne moyen gain[6],[7],[5].
Lacharge utile de Hayabusa 2 comprend le système de collecte d'échantillon, trois instruments (caméra, caméra infrarouge thermique, spectromètre proche infrarouge), trois petitsrovers MINERVA de 1,5 kg analogues à ceux emmenés par Hayabusa et unatterrisseur franco-allemandMASCOT de 10 kg. Ce dernier constitue une nouveauté par rapport à la première mission Hayabusa.
La charge utile est composée essentiellement d'instruments déjà embarqués à bord de la première sonde spatialeHayabusa mais également de nouveaux instruments[6],[5] :
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Le système de collecte d'échantillons du sol de l'astéroïde a été fortement revu pour pallier les problèmes rencontrés par l'équipement utilisé parHayabusa 1 en 2005[5] :
La capsule qui doit ramener sur Terre les échantillons du sol de Ryugu a la forme d'une soucoupe d'un diamètre de 40 centimètres. Elle est haute de 20 centimètres et sa masse est de 16,5 kilogrammes. Dépourvue de tout système de propulsion ou de contrôle d'orientation, elle comprend en son centre un petit container cylindrique contenant les échantillons. Elles est recouverte par unbouclier thermique ablatif enrésine phénolique qui brûle lentement durant larentrée atmosphérique en protégeant le cœur de la capsule. Outre l'électronique qui commande le déploiement du parachute et de l'antenne d'une balise radio, la capsule emporte un instrument de mesure baptisé REMM (Reentry Flight Measurement Module) qui comprend des capteurs de température, unaccéléromètre tri-axial et un capteur devitesse angulaire. REMM recueille des données durant les sept minutes de la rentrée atmosphérique qui seront utilisées pour améliorer les futures capsules de rentrée atmosphérique[5].
Hayabusa 2 embarque trois petitsroversMINERVA-II (acronymeMIcro Nano Experimental Robot Vehicle for Asteroid de deuxième génération) - Rover-1A, Rover-1B, Minerva-II2[9] - aux caractéristiques proches de celui déposé par la première sonde spatiale Hayabusa. Il s'agit d'engins de 1,5 kg à 2,5 kg ayant la forme de cylindre à 6 faces haut de 7 centimètres et de 17 cm de diamètre. Leur charge utile est constituée de 3 à 4 caméras, de thermomètres et de photodiodes. L'énergie est fournie par des cellules solaires produisant au maximum 2 watts. Chacun dispose d'un petit ordinateur embarqué utilisant un microprocesseur RISC et transmet les données avec un débit maximal de 32 kilobits par seconde. Les rovers Minerva ont une capacité limitée de déplacement grâce à deux petits moteurs qui créent un moment dont l'axe de rotation peut être orienté. Ce moment dans la faible gravité de l'astéroïde est suffisant pour permettre au rover Minerva de décoller et de se déplacer sur d'assez grandes distances en suivant une trajectoire parabolique[5].
Rover-1A et Rover-1B sont largués sur Ryugu le et prennent les premières photos depuis la surface de l'astéroïde[10].
L'atterrisseurMASCOT (Mobile Asteroid Surface SCOuT)[11],[12],[13], développé par l'agence spatiale allemandeDLR avec une participation de l'agence spatiale française duCNES, dérive en partie des travaux réalisés sur l'atterrisseurPhilae de la sonde européenneRosetta et des études menées dans le cadre de la proposition de missionMarcoPolo-R. Il doit mener des études scientifiquesin situ à la surface de l'astéroïde. Il s'agit d'un engin de 10 kg dont 3 kg de charge utile. Ses dimensions extérieures sont de 0,3 × 0,3 × 0,2 m. La structure est réalisée enfibre de carbonecomposite. La protection thermique est réalisée de manière passive grâce à un boitier en aluminium contenant les cartes électroniques et un revêtement thermique multicouches MLI. Il est doté d'une source d'énergie non renouvelable (batteries lithium-chlorure de thionyle de 220 Wh produits parSaft) qui lui ont donné une durée de vie de 16 heures contre 12 heures escomptés[14] et lui permet d'effectuer trois déplacements.MASCOT utilise une masse excentrée située au bout d'un bras qui, en pivotant, fournit un moment suffisant pour déplacer l'atterrisseur. Ce système est également utilisé à l'atterrissage pour retourner si nécessaire l'engin afin de permettre à ses instruments de fonctionner de manière nominale. L'atterrisseur dispose d'un ordinateur embarqué qui permet àMASCOT de fonctionner de manière autonome et communique avec son vaisseau mère par le biais de deux antennes omnidirectionnelles situées sur deux faces opposées. Des capteurs, constitués de détecteurs thermiques et de cellules solaires, sont chargés de détecter l’atterrissage, l'orientation et les mouvements à la surface de l'astéroïde[15],[5].
L'atterrisseur comprend 3 kg de charge utile constituée[5] :
Hayabusa 2 décolle depuis labase de lancement de Tanegashima le à 4h22 UTC à bord d'unlanceurH-IIA. Lafusée emporte également trois autres petits engins spatiaux placés commeHayabusa 2 sur uneorbite héliocentrique :PROCYON, une micro-sonde spatiale expérimentale de 59 kg qui doit effectuer au moins un survol de l'astéroïde 2000 DP107,Shi'nen 2 un nano satellite expérimental de 15 kg etDESPATCH (Deep Space Amateur Troubadour’s Challenge), œuvre artistique de 20 kg[16],[17]. À compter de, la sonde spatiale utilise sapropulsion ionique pour ajuster sa trajectoire avant son survol de la Terre. Trois des quatre moteurs ioniques fonctionnent pendant 409 heures en exerçant une poussée unitaire de 25 millinewtons. Deux autres corrections de trajectoire sont réalisées en (102 heures) et début (12 heures)[18]. Le, la sonde spatiale survole la Terre à une altitude de 3 090 km, ce qui lui permet grâce à l'assistance gravitationnelle de celle-ci, de gagner1,6 km/s[19],[20].
À la suite du survol de la Terre, Hayabusa 2 effectue plusieurs corrections de sa trajectoire pour rejoindre Ryugu qui circule sur une orbite de 0,96 × 1,42Unités Astronomiques. Entre mars et sa propulsion ionique fonctionne pendant 794 heures pour modifier sa vitesse de127 m/s. Un petit ajustement de la vitesse de40 cm/s est effectué peu après. Pendant cette période, le système de télécommunications est testé pour s'assurer de son bon fonctionnement à grande distance. Entre et, une deuxième correction de trajectoire est effectuée : trois des quatre moteurs ioniques sont utilisés pendant 2 558 heures pour modifier la vitesse de la sonde spatiale de435 m/s. Le, la sonde spatiale met en marche ses moteurs ioniques qu'elle va désormais solliciter de manière permanente jusqu'à l'approche finale de l'astéroïde prévue en. D'ici là, ses moteurs vont fonctionner pendant 2 700 heures en modifiant sa vitesse de400 m/s. Le, la caméra de navigation ONC-T est pointée vers l'objectif encore distant de 1,3 million de kilomètres et prend 300 photos dont un échantillon est transmis à la Terre. L'astéroïde Ryugu, visible comme un astre de magnitude optique 9, est identifié sur celles-ci[21].
La sonde spatiale arrive à 20 km de l'astéroïde Ryugu le. Hayabusa 2 entame la phase scientifique de la mission qui doit durer un an et demi. Durant les deux premiers mois la sonde spatiale va étudier à distance Ryugu pour disposer d'informations plus détaillées sur ses caractéristiques physiques et identifier les sites d'atterrissage potentiels. Au cours de cette phase de reconnaissance la sonde spatiale fait des allers retours en revenant à chaque fois à sa position à 20 kilomètres de l'astéroïde. Elle se déporte latéralement de 10 kilomètres dans toutes les directions puis verticalement en s'approchant à 5 kilomètres à une vitesse de quelques dizaines de centimètres par seconde en réalisant à chaque déplacement des photos. Le niveau de détail à cette distance permet de distinguer les rochers de plus de 1 mètre de diamètre et ainsi de commencer à identifier les sites d'atterrissage potentiels[22],[23]. Le 6 aout il s'approche pour la première fois à 851 mètres de distance[24]. Le 24 aout l'équipe récapitule les informations collectées après les deux mois. Les caractéristiques sont souvent éloignées de ce qui était prévu. Bien que l'astéroïde soit rocheux (densité 3) sa densité n'est que de 1,2 ce qui dénote une forte porosité. La surface est particulière sombre (albédo de 0,02). La forme quasi sphérique étonne car on ne l'attendait pas compte tenu de sa vitesse de rotation particulièrement lente. Enfin la surface est couverte de roches dont la plus grosse de 140 mètres de diamètre est située près du pôle sud. Cette densité de roches bouleverse les plans de la mission car elle rend les tentatives de prélèvement d'échantillon hasardeuses[25].
La phase d'étude a permis à l'équipe japonaise de recueillir les données permettant de sélectionner les sites d'atterrissage de la sonde spatiale (pour le premier prélèvement d'échantillon du sol de l'astéroïde), des quatre petits rovers MINERVA-II et de l'atterrisseur germano-français MASCOT. Le site de prélèvement de sol doit répondre à un certain nombre de contraintes : il ne doit pas se situer à plus de 200 mètres de l'équateur pour permettre au contrôle au sol de suivre les opérations, l'inclinaison du sol par rapport à la direction du Soleil ne doit pas être de plus de 30° pour que les panneaux solaires soient éclairés suffisamment[Note 1], le nombre de roches de plus de 50 centimètres de haut doit être réduit (longueur du système de prélèvement) et la température doit être inférieure à 97 °C pour être compatible avec la température de fonctionnement des équipements d'Hayabusa 2. Le site L08 sélectionné pour le prélèvement est très proche de l'équateur tout comme les sites de secours L07 et M04. Le site de dépose des quatre rovers MINERVA-II, baptisé N6, est une large ellipse située entre les latitudes nord 30 et 60%[25],[26]. Le CNES et la DLR ont déterminé le lieu d'atterrissage principal de MASCOT parmi 10 sites pré-sélectionnés. « MA-9 » est également situé très près de l'équateur dans l'hémisphère sud de l’astéroïde[27],[28],[29],[30].
Avant d'effectuer le premier prélèvement d'échantillon du sol de l'astéroïde, l'équipe japonaise d'Hayabusa 2 a prévu d'effectuer deux répétitions pour mettre au point l'enchainement des opérations. Ces opérations sont entièrement automatiques car les signaux d'Hayabusa II mettent 17,4 minutes à parvenir jusqu'à la Terre ce qui interdit toute intervention des contrôleurs au sol. La première répétition débute le et doit amener la sonde spatiale à moins de 60 mètres de la surface mais elle est interrompue alors que Hayabusa 2 se situe encore à 600 mètres de distance. L'altimètre laser LIDAR chargé de mesurer la distance ne parvient plus à détecter les réflexions du laser sur la surface très sombre de l'astéroïde[31].
Le, Hayabusa 2 s'approche à 60 mètres de la surface de l'astéroïde et largue les deux mini-rovers baptisés collectivement Minerva-II1 avant de s'écarter de Ryugu. Tous les deux tombent alors en chute libre à très faible vitesse (la gravité est très faible) et se posent à la surface de Ryugu . Il s'agit des premiers engins mobiles déposés sur un astéroïde. Les rovers et la sonde spatiale transmettent des photos spectaculaires de Ryugu[32],[33],[34].
Le, Hayabusa 2 commence à se rapprocher de la surface de Ryugu pour déposer le petit (30x30x10 cm, masse de 10 kg)atterrisseur franco-allemand MASCOT (Mobile Asteroid Surface Scout). Arrivé à 200 mètres de la surface, les contrôleurs au sol envoient la commande de largage de MASCOT qui se déclenche alors que la sonde spatiale n'est plus qu'à 51 mètres du sol. MASCOT se sépare de Hayabusa 2 sous la poussée d'un ressort puis commence à tomber en chute libre vers la surface de Ryugu (il est dépourvu de propulsion). Durant sa chute, qui est photographiée par Hayabusa 2, l'atterrisseur effectue 20 prises de vue qui sont immédiatement transmises au vaisseau mère. La sonde spatiale a repris de l'altitude et se trouve désormais à 3 kilomètres de distance de l'astéroïde en position pour recevoir les données transmises par l'atterrisseur. MASCOT a une durée de vie limitée à 17 heures car il ne dispose que de batteries. Arrivé au sol 20 minutes après la séparation, MASCOT va enchainer les opérations en partie de manière semi-autonome car la distance de la Terre (35 minutes pour une communication aller-retour) rend difficile les interventions du contrôle au sol. Dans un premier temps MASCOT a des difficultés pour s'orienter car la surface est beaucoup plus sombre que ce qui était prévu. Le contrôle au sol envoie une commande qui permet à l'atterrisseur de se réorienter grâce à la modification de la position d'une masse fixée au bout d'un bras. Dans sa nouvelle position, l'engin parvient à effectuer une séquence d'observations scientifiques complète au cours d'une journée (=7,6 heures terrestres). MASCOT effectue alors un déplacement de quelques mètres qui lui donne un aperçu légèrement différent du terrain environnant et permet au microscope infrarouge hyperspectral MicrOmega de fonctionner. Un troisième déplacement est commandé et les instruments de MASCOT parviennent à recueillir de nouvelles données qui sont transmises avec succès à Hayabusa 2. MASCOT envoie un dernier signal 17 heures après son largage. Ses batteries ont fonctionné environ une heure de plus que prévu[35]. Les photos prises montrent un sol très accidenté et contrairement à ce qui était prévu, une absence totale derégolithe, cette poussière fine produite par les impacts répétés de roches sur la surface des corps célestes. Plusieurs hypothèses sont émises pour expliquer son absence : éjection du fait du rapport en la vitesse d'impact et la faible gravité de Ryugu, éjection ou enfouissement du fait des vibrations[36].
Au cours de l'automne 2018, l'agence spatiale japonaise (ouJAXA) décide de repousser de plusieurs mois le prélèvement d'échantillons de sol initialement programmé en. En effet la surface de l'astéroïde s'est révélée beaucoup plus tourmentée que prévu. En effectuant une reconnaissance plus détaillée du site d'atterrissage sélectionné, il a fallu réduire le diamètre de la zone visée à 20 mètres, au lieu des 100 mètres prévus, pour avoir l'assurance qu'aucun rocher de plus de 50 centimètres de haut n'était susceptible d'endommager la sonde spatiale[Note 2]. Une répétition doit être effectuée pour s'assurer que le système de navigation est capable de manière autonome de guider la sonde spatiale avec une précision suffisante pour la poser dans le cercle d'un diamètre cinq fois inférieur à ce qui était prévu[37],[38].
Hayabusa 2 effectue une deuxième répétition des opérations de prélèvement d'un échantillon de sol entre le 23 et. La sonde spatiale s'approche à moins de 12 mètres du sol en se dirigeant vers le site d'atterrissage prévu et laisse tomber sur le sol une des cinq sphères réfléchissantes qui servira de repère. En l'illuminant avec un flash la lumière est réfléchie par le marqueur recouvert d'une enveloppe métallique à plusieurs facettes. La lumière réfléchie est analysée par l'ordinateur embarqué de la sonde spatiale qui peut ainsi mesurer sa vitesse horizontale. Cette sphère d'un diamètre de 10 cm a une masse d'environ 300 grammes. Elle est remplie de billes enaluminium dont le rôle est de dissiper l'énergie cinétique au moment de l'impact avec le sol pour éviter un rebond. L'analyse postérieure de la descente montre que la sonde spatiale était située à 15 mètres du centre du site d'atterrissage de 20 mètres de diamètre et qu'il se serait donc posé à l'extérieur de la zone dépourvue d'obstacles dangereux pour l'intégrité de la sonde spatiale[39].
Entre le et le le Soleil s'interpose entre la Terre et Ryugu et les communications avec la sonde spatiale deviennent difficiles. Durant cette période la sonde spatiale réalise de manière automatique deux manœuvres qui la mettent à l'abri d'une collision accidentelle avec l'astéroïde. La sonde s'écarte d'abord de sa position de repos située à 5 kilomètres de l'astéroïde et s'éloigne jusqu'à une distance d'environ 90 kilomètres puis revient progressivement à son point de départ qu'elle atteint à la fin de cetteconjonction[39]
Le prélèvement du premier échantillon a lieu avec succès le. La descente vers la surface depuis la position de repos débute vers 4h45 UTC et s'effectue à une vitesse de 90 centimètres par seconde. Un premier arrêt est marqué à 22h02 UTC lorsque Hayabusa 2 n'est plus éloignée que de 200 mètres de la surface. Arrivé à 45 mètres d'altitude, Hayabusa 2 modifie son orientation pour se placer en position d'atterrissage. L'antenne grand gain ne pointe plus vers la Terre et les contrôleurs au sol ne reçoivent plus que les signaux transmis par l'antenne omnidirectionnelle qui leur indiquent simplement la vitesse de la sonde spatiale. Les étapes suivantes sont déclenchées de manière autonome par l'ordinateur embarqué. L'altimètre laser détecte le marqueur qui avait été déposé au sol lors de la répétition effectuée en octobre. Il abaisse alors l'altitude jusqu'à 8,5 mètres. Il corrige la vitesse horizontale en utilisant le marqueur, modifie légèrement son orientation puis descend en chute libre vers le site d'atterrissage. Lorsque le cornet d'échantillonnage touche le sol, une balle de 5 grammes entantale[Note 3] est tirée à travers le cornet à une vitesse de 300 mètres par seconde[40],[41]. L'impact soulève un nuage de débris dont certains ont une taille de quelques dizaines de centimètres. Une partie des particules de roches pénètre dans le cornet et est stockée dans un des trois compartiments prévus à cet effet. L'équipe japonaise est à peu près certaine que des échantillons ont été prélevés mais elle n'en aura la certitude que lorsque la capsule reviendra sur Terre. L'analyse a posteriori des images de l'atterrissage prises par une des caméras embarquées montre que la sonde spatiale s'est posée à seulement 1 mètre du centre du site sélectionné. Ce dernier est baptisé Tamatebako (en japonais : boite à trésors). Immédiatement après avoir touché le sol, la sonde spatiale s'en écarte[42],[43],[44].
En la sonde spatiale doit recueillir un deuxième échantillon du sol en utilisant une technique de prélèvement différente de celle mise en œuvre pour le premier échantillon. Hayabusa 2 doit creuser un cratère artificiel et prélever un échantillon du sol dans une couche préservée du sol. Les scientifiques japonais espèrent ainsi acquérir plusieurs informations[45] :
La taille du cratère résultant est une inconnue ce qui rend l'expérience particulièrement intéressante. La plupart des modélisations estiment le diamètre à environ 10 mètres mais selon la nature de la surface le diamètre beaucoup plus petit (sol poreux) ou plus important (sol constitué de cailloux de petite taille). Le site retenu pour l'impact se trouve à un quart de circonférence à l'est du premier site de prélèvement et à 300 mètres de l'endroit où MASCOT est situé. Dans la mesure où le deuxième prélèvement pourrait se faire dans le cratère créé, les chercheurs japonais ont sélectionné un endroit aux caractéristiques proches du premier site de prélèvement ce qui permettra d'effectuer des comparaisons. L'impacteur SCI (Small Carry-On Impactor), d'une masse de 2,5 kg, a la forme d'un cône de 30 cm de diamètre et de 21,7 cm de hauteur. Il est constitué d'un disque de cuivre de deux kilogrammes et d'une charge explosive[45].
La sonde spatiale quitte sa position de repos située à 20 kilomètres de Ryugu le et commence à se rapprocher de l'astéroïde à une vitesse de 40 centimètres par seconde. Arrivé à 5 kilomètres de la surface elle réduit cette vitesse à 10 centimètres par seconde. Elle entre dans un mode autonome avant d'arriver au point de largage. Arrivé à une altitude 500 mètres elle largue le l'impacteur puis s'éloigne dans une direction perpendiculaire à son axe de descente de manière à se mettre à l'abri de retombées éventuelles. Elle largue une caméra DCAM3 (Deployable camera 3) de 2 kilogrammes qui est chargée de filmer l'impact. À environ 300 mètres l'explosion de la charge emportée par l'impacteur est déclenchée. La plaque de cuivre plate et circulaire qui constitue l'impacteur accélère de 2 kilomètres par seconde tout en étant déformée et en prenant la forme d'un casque. Une image prise par la caméra DCAM3 confirme presque immédiatement le succès de l'impact. La sonde spatiale s'éloigne de 100 kilomètres pour éviter de rencontrer des débris qui pourraient flotter dans l'espace et reste à cette distance durant deux semaines. Le la sonde spatiale se rapproche à nouveau de Ryugu pour observer les résultats de l'opération. Sur les photos prises à environ 1,6 kilomètre de distance, un nouveau cratère de 20 mètres de diamètre est clairement visible, une taille bien plus importante que ce qui était prévu[46],[47],[45].
L'équipe projet d'Hayabusa 2 s'interroge sur la nécessité de prélever un deuxième échantillon du sol de Ryugu. Chaque prélèvement présente un risque important du fait de la nature particulièrement chaotique de la surface de l'astéroïde et le premier prélèvement semble avoir été un succès. Néanmoins, en prévision d'une telle opération, l'agence spatiale décide de larguer un marqueur le à quelques mètres du cratère artificiel créé un mois auparavant. Une fois de plus la descente vers le sol est interrompue à une altitude de 50 mètres parce que le lidar utilisé pour mesurer l'altitude ne parvient plus à déceler la surface. Le largage du marqueur est reporté. Mais désormais le temps presse car l'astéroïde approche de son périgée et début juillet la température de surface va dépasser 100 °C et la chaleur rayonnée va devenir trop importante pour permettre à la sonde spatiale de s'approcher[48]. Une deuxième tentative de dépose du marqueur est effectuée le et celle-ci est cette fois une réussite[49].
Les responsables du projet ont finalement décidé de prendre le risque d'effectuer un deuxième prélèvement. Les opérations débutent le lorsque Hayabusa 2 commence à descendre vers la surface de l'astéroïde à une vitesse de 40 centimètres par seconde. La sonde spatiale passe en mode autonomie alors qu'elle se situe encore à 30 mètres du sol. 13 minutes plus tard, le à 1h20 UTC, le cornet de prélèvement touche le sol et une deuxième cartouche de tantale est tirée. Hayabusa 2 s'éloigne immédiatement et 20 minutes plus tard la liaison est rétablie avec la Terre. Les images prises par la caméra embarquée CAM-H montrent que l'opération a été un succès. Hayabusa 2 a touché le sol à seulement 60 centimètres du centre du site visé[50],[51].
Le la sonde spatiale se rapproche à un kilomètre de l'astéroïde, largue les deux marqueurs puis s'en éloigne à une vitesse de 11 centimètres par seconde tout en filmant la chute des objets vers le sol de Ryugu. L'opération est une répétition du largage du rover MINVERVA-II-2. Ce dernier construit par une équipe différente des MINERVA-II-1 présente une anomalie de fonctionnement qui laisse planer un doute sur son système de télécommunications. MINVERVA-II-2 est largué le depuis une altitude d'un kilomètre et sa trajectoire est mesurée visuellement mais également à l'aide d'un accéléromètre embarqué car son objectif est de préciser les conditions de navigation dans un champ de gravité très faible comme celui de Ryugu. Il est prévu qu'il se pose à la surface de l'astéroïde le[52],[53].
Hayabusa 2 achève ses observations de l'astéroïde au cours de l'automne 2019. La sonde spatiale reprend la direction de la Terre le. A 36 millions de kilomètres de la Terre la sonde spatiale effectue avec sesmoteurs ioniques la première des cinq corrections de la trajectoire qui doivent lui permettre de larguer la capsule d'échantillons sur la trajectoire souhaitée. Celle-ci se détache de la sonde spatiale le à 5h35UTC (14h24heure de Tokyo) alors queHayabusa 2 se trouve encore à 220 000 kilomètres de la Terre. La capsule s'éloigne de la sonde spatiale sous l'action d'un ressort qui lui imprime un mouvement de rotation permettant de stabiliser son orientation. Une heure plus tard la sonde spatiale effectue une première correction de trajectoire qui doit lui éviter de s'écraser à la surface de la Terre et survole celle-ci à environ 200 kilomètres de distance avant d'entamer une nouvelle mission. La capsule d'échantillons, qui ne dispose pas de système de propulsion,pénètre dans l'atmosphère terrestre à 17h28 UTC alors qu'elle n'est plus qu'à 121 kilomètres de la surface. Sa vitesse est de11,7 km/s et du fait des forces de friction la température de sonbouclier thermique s'élève jusqu'à 3 000°C. Les couches d'isolant thermique qui entourent l'échantillon maintiennent sa température en dessous de 80 °C. Deux avions Gulfstream affrétés par la NASA survolent la région pour photographier la rentrée atmosphérique de la capsule et en déduire des informations permettant d'améliorer la conception du bouclier thermique. A 17h32 UTC, alors que la capsule ne se trouve plus qu'à 10 kilomètres d'altitude, les boucliers thermiques avant et arrière sont largués. le parachute de la capsule s'ouvre, l'antenne de sa balise radio est déployée et celle-ci commence à émettre. La capsule se pose en douceur quelques minutes plus tard dans le désert deWoomera enAustralie[54],[55],[56].
Compte tenu de la précision des manœuvres effectuées avant le largage de la capsule par la sonde spatiale, celle-ci doit se poser dans un quadrilatère de 100 kilomètres de côté. Plusieurs méthodes sont utilisés pour retrouver la capsule dont la taille (40 centimètres de diamètre) peut soulever quelques problèmes de repérage sur une surface aussi importante. Un radar est utilisé pour suivre la course du parachute qui comporte une couche réfléchissant les ondes émises par celui-ci. Cinq stations de réception radio disposant d'une antenne directionnelle effectuent un relevé de la balise de la capsule pour déterminer par triangulation la trajectoire de celle-ci. Un dispositif de secours a été mis en place au cas où les méthodes de repérage précédentes seraient infructueuses : des photographies de la capsule sont également effectuées depuis le sol et les airs par un drone. Par recoupement entre ces photos, la zone d'atterrissage peut être précisée. Finalement la capsule est très rapidement retrouvée et l'équipe vérifie qu'il ne reste pas des composants pyrotechniques non amorcés puis la capsule est transférée par hélicoptère dans une salle blanche provisoire pour un premier examen rapide. Une fois celui-ci achevé, la capsule doit être transférée par avion jusqu'àTokyo pour l'étude des échantillons en laboratoire dans un environnement d'azote[57],[55].
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Les analyses de l'échantillon, dont la masse est finalement de 5,4g au lieu des 100 milligrammes escomptés, doivent être effectuées au Centre de conservation des échantillons extraterrestres de l'agence spatiale japonaise (ouJAXA) construit spécifiquement pour cette mission. Cette analyse sera effectué par une équipe internationale comprenant notamment des chercheurs français. Le microscope hyperspectral MicrOmega, développé par l’Institut d’astrophysique spatiale sera utilisé pour effectuer une première analyse non destructrice[58] sous la responsabilité de l’astrophysicienJean-Pierre Bibring. Cela est officialisé par un accord signé le[59]. La NASA recevra une partie de l'échantillon récolté en échange de portions de l'échantillon de l'astéroïde(101955) Bénou collectés par la sonde spatiale américaineOSIRIS-REx dont le retour sur Terre aura lieu en 2023[60].
Au cours des 6 années écoulées depuis son lancement, la sonde spatiale a fait fonctionner pendant 1 an et demi sesmoteurs ioniques qui lui ont permis de modifier sa vitesse de2 km/s. A l'issue de celle-ci la sonde spatiale dispose encore de la moitié de sa réserve dexénon (l'ergol utilisé par ses moteurs ioniques) et elle est en parfait état de marche. L'agence spatiale japonaise (ouJAXA) a décidé de prolonger la mission deHayabusa 2 en lui donnant un deuxième objectif : l'étude de l'astéroïde1998 KY26 qui appartient à une catégorie jamais encore visitée par une sonde spatiale. Il s'agit d'un astéroïde de petite taille (30 mètres) en rotation rapide (une rotation toutes les 10 minutes). Cette extension de mission est mentionnée sous l'appellation SHARP (pour Small Hazardous Asteroid Reconnaissance Probe), ou simplement par le signe #, à la suite du nom de la mission[61]. La sonde spatiale doit l'atteindre en juillet 2031 soit après plus de 10 ans de transit. Durant celui-ci la sonde spatiale réalisera six fois le tour du Soleil en modifiant progressivement son orbite à l'aide de sa propulsion ionique. Au cours de cette phase elle effectuera plusieurs opérations scientifiques : observation de lalumière zodiacale pour déterminer la distribution de lapoussière interplanétaire dans le système solaire, observations detransit d'exoplanètes devant leur étoile. La sonde spatiale effectuera un survol à grande vitesse de l'astéroïde2001 CC21 et tentera d'effectuer des photos de celui-ci malgré l'absence detéléobjectifs. La sonde spatiale doit utiliser l'assistance gravitationnelle de la Terre à deux reprises : en décembre 2027 et en juin 2028. La sonde spatiale se placera à proximité de son objectif en juillet 2031. L'observation de l'astéroîde doit permettre de comprendre pourquoi un astéroïde de ce type en rotation rapide ne se désintègre pas. Ce spécimen est représentatif desastéroïdes géocroiseurs qui menacent d'impacter la Terre et son étude doit fournir des éléments permettant de définir un système dedéfense planétaire. Il est prévu que Hayabusa 2 tente de se poser à la surface de1998 KY26[62],[63].
Les principaux résultats de la missionHayabusa 2 seront obtenus en analysant les échantillons de sol de l'astéroïde ramenés sur Terre. Néanmoins les différents instruments (caméras, spectromètres, altimètre) ont permis d'effectuer des observations in situ qui ont fait progresser de manière significative notre connaissance des astéroïdes.
Les premières observations optiques de Ryugu par la sonde spatiale Hayabusa 2 débutent en juin 2018 mais les premiers résultats scientifiques sont communiqués en. Ryugu a la forme d'une toupie avec un épais bourrelet au niveau de l'équateur. Le diamètre en passant par l'équateur est de 1004 mètres alors que la circonférence en passant par les pôles est de 875 mètres (dans les deux cas à 4 mètres près. L'astéroïde est en rotation rétrograde avec une période de 7,63 heures. L'axe de rotation est pratiquement perpendiculaire auplan orbital avec uneinclinaison orbitale de 171,6°. Son volume est de 0,377 km3 et sa densité est de 1,19. En partant de l'hypothèse qu'il est composé dechondrites carbonées (densité minimale de 2,42), il en découle que sa porosité est de 50%. C'est un des objets les plus sombres jamais observés dans le système solaire (albédo compris entre 1,4 et 1,8 %). La surface est recouverte de rochers (2 fois plus queItokawa) dans des proportions qui ont étonné l'équipe scientifique. Le plus important, baptisé Otohime, fait 160 mètres dans sa plus grande longueur. Aucun satellite n'a pu être observé. La forme très symétrique de Ryugu (vu du pôle il est presque parfaitement circulaire), pourrait être expliquée si l'astéroïde tournait plus rapidement qu'il ne le fait. Les cratères observables sur le bourrelet équatorial impliquent que cette formation est ancienne mais elle l'est moins que les zones situées aux latitudes intermédiaires. On dénombre à la surface de Ryugu une trentaine de dépressions circulaires de plus de 20 mètres de diamètre mais près de la moitié ne sont pas entourées d'un rebord et pourraient résulter de l'effondrement de la surface ou l'éjection de celle-ci par les forces centrifuges[64].
Comme tous les astéroïdes de cette taille circulant sur une orbite de quasi collision avec la Terre, Ryugu n'est pas très âgé à l'échelle géologique. Ce type d’astéroïde est le fragment d'un astéroïde plus gros circulant dans laceinture d'astéroïdes qui a éclaté à la suite d'une collision. L'orbite de Ryugu soumis à la fois à l'effet Yarkovsky et à l'effet YORP s'est progressivement rapprochée de celle des planètes internes. En étudiant les spectres des roches de Ryugu, les scientifiques japonais ont tenté de déterminer l'astéroïde parent. Les candidats les plus proches sont(142) Polana et(495) Eulalie mais les spectres sont légèrement différents. L'albédo particulièrement bas a surpris les scientifiques qui s'attendaient à une valeur comprise entre 3 et 4%. Aucunemétéorite identifiée sur Terre n'a un albédo aussi bas. La composition des roches à la surface de Ryugu semble très homogène. Tous les spectres montrent une petite quantité d'hydroxyde probablement présent dans un minéral argileux riche enmagnésium. Cette composition indique que les matériaux présents ont interagi par le passé avec de l'eau. Cette composition et l'apparence (albédo) semblent indiquer que les roches qui forment Ryugu sont issues des couches internes d'un astéroïde de grande taille qui aurait subi une métamorphose thermique tout en étant infiltré par de l'eau. Pour que ce processus se déclenche il fallait que cet astéroïde fasse quelques centaines de kilomètres de diamètre. Le réchauffement très important généré a pu l'être soit par la décomposition radioactive de l'aluminium 26 soit par un impact violent avec un autre astéroïde[64].
Les photos prises par le petit rover Mascot ont permis de constater que la surface de l'astéroïde était recouverte par deux types de roches présentes dans des proportions pratiquement égales. Le premier type est caractérisé par unalbédo relativement élevé avec des faces aux formes douces et des arêtes aiguisées. La deuxième catégorie de roche est plus sombre avec une surface friable en forme de chou-fleur. On y observe des inclusions de petits grains riches en calcium et en aluminium. Ces roches ressemblent à un type demétéorite rare : lachondrite carbonée. Ces roches ont été créées il y a 4,5 milliards d'années soit pratiquement au moment de la formation du système solaire. Elles n'ont jamais fondu et n'ont jamais subi d'impacts d'autres objets mais elles ont pu être chimiquement modifiées par la présence d'eau à l'état liquide. Deux scénarios peuvent expliquer la présence de ces deux types de roches. Selon le premier scénario l'astéroïde a été formé à la suite de la collision de deux corps composés de matériaux d'origine différente. Les débris résultants sous l'influence de leur gravité ont formé un nouvel astéroïde à la structure hétérogène. Selon le deuxième scénario, l'astéroïde serait issu d'un corps céleste dont la structure interne aurait subi des conditions de pression et de température non homogènes[65].
Les photos prises par le petit rover Mascot ont également permis de constater qu'il n'y avait nirégolithe ni poussière à la surface de l'astéroïde. Or le bombardement continuel de l'astéroïde par les micrométéorites devrait produire du régolithe. Cette absence serait due à la gravité très faible qui empêche les débris produits par les impacts de se déposer à la surface. Le régolithe pourrait également s'infiltrer entre les roches très poreuses qui forment l'astéroïde[65].
Lesastéroïdes de type C comme Ryugu représentent 75% de l'ensemble des astéroïdes[réf. nécessaire]. La proportion de météorites de ce type sur Terre, très faible, ne reflète pas cette abondance. L'étude par Hayabusa 2 des propriétés thermiques deschondrites qui forment le matériau de base de ces astéroïdes, fournit une explication à ce phénomène. Le petit rover franco-allemand MASCOT a utilisé le radiomètre MARA pour mesurer l'évolution de la température de roches de ce type en fonction de l'éclairement. Les scientifiques ont pu en déduire que les chondrites étaient extrêmement friables. Durant la rentrée atmosphérique d'un astéroïde de ce type, il est probable que seuls les corps les plus massifs atteignent la surface de la Terre, les autres brûlant entièrement dans l'atmosphère[66].
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