La sonde spatialeJuno est lancée par une fuséeAtlasV le. Deux ans après son lancement,Juno effectue unsurvol à basse altitude de laTerre qui, parassistance gravitationnelle, lui fournit lesurcroît de vitesse nécessaire pouratteindre Jupiter. La phase scientifique de la mission débute après la mise en orbite autour de Jupiter le.Juno commence ses observations, depuis uneorbite polairetrès elliptique d'unepériode de cinquante-troisjours qui fait passer la sonde à très bassealtitude au-dessus de la planète depôle en pôle, en évitant en grande partie laceinture de radiations très intense, susceptible de l'endommager. La phase scientifique de la mission initiale comprend trente-six survols de la planète et est planifiée sur vingt mois. Un problème rencontré au niveau de la propulsion principale en ne permet pas de faire passer la sonde spatiale sur l'orbite courte de quatorze jours visée. Pour réaliser le nombre souhaité de survols, la mission est prolongée jusqu'en 2021. En janvier 2021, la NASA décide de prolonger la mission jusqu'en septembre 2025.
Jupiter est la plus grosse desplanètes duSystème solaire, avec une masse qui représente deux fois et demie celle de l'ensemble des autres planètes, et un diamètre qui est plus de onze fois celui de la Terre (environ 138 000 kilomètres). Elle fait partie des planètes externes du Système solaire, commeSaturne,Uranus etNeptune, et est également uneplanète gazeuse géante. Jupiter est composée essentiellement d'hydrogène et d'hélium[note 1], comme le Soleil, avec sans doute un noyau central rocheux d'une masse équivalente à dix fois celle de laTerre. La planète tourne sur elle-même en un peu moins de 10 heures. Située à 5,2 unités astronomiques du Soleil, elle boucle son orbite autour du Soleil en 11,9 années terrestres. Jupiter dégage plus de chaleur qu'elle n'en reçoit du Soleil. Celle-ci est générée par lemécanisme de Kelvin-Helmholtz : le refroidissement de la planète entraîne une lente contraction de celle-ci, qui génère en retour un échauffement localisé dans son cœur. Cette chaleur est transportée parconvection jusqu'à la surface de la planète, et est sans doute responsable des mouvements complexes et violents agitant l'atmosphère de Jupiter. Celle-ci, d'une épaisseur de 5 000 kilomètres, serait formée de 3 couches : jusqu'à 100 kilomètres de profondeur, des nuages de glace d'ammoniac, vers 120 kilomètres, des nuages d'hydrogénosulfure d'ammonium et à partir de 150 kilomètres de profondeur, des nuages d'eau et de glace. À une profondeur plus importante, l'hydrogène, soumis à une pression énorme, se transforme enhydrogène métallique qui conduit l'électricité comme un métal. Les mouvements au sein de ce liquide métallique sont sans doute à l'origine duchamp magnétique intense de la planète, onze fois supérieur à celui de la Terre, et qui piège lesélectrons et lesions, créant une ceinture deradiations particulièrement puissante. Lamagnétosphère de Jupiter, c'est-à-dire la zone de l'espace placée sous l'influence de ce champ magnétique, s'étend jusqu'à 3 millions de kilomètres dans la direction duSoleil, et jusqu'à 1 milliard de kilomètres dans la direction opposée. Le système jovien comprend 67satellites naturels. Les quatre principaux,Io,Europe,Ganymède etCallisto, figurent parmi les plus gros satellites naturels du Système solaire, et présentent des caractéristiques remarquables : activité volcanique intense dans le cas de Io, présence supposée d'océans composés d'eau liquide en dessous de la surface pour les autres. Jupiter, du fait de sa masse, a joué un rôle très important dans le processus de formation des autres planètes du Système solaire, et donc de la Terre, en agissant notamment sur leurs orbites et en contribuant à nettoyer progressivement le Système solaire des corps célestes mineurs susceptibles de les percuter[2],[3].
Galileo était la seule sonde spatiale à s'être placée en orbite autour de Jupiter avantJuno.
L'exploration spatiale de Jupiter débute tardivement, car l'envoi d'une sonde spatiale vers cette planète, située à cinqunités astronomiques du Soleil, nécessite le recours à unefusée puissante[note 2] : il faut en effet accélérer un vaisseau à une vitesse de16km/s au départ de la Terre pour que celui-ci atteigne la planète, même si le recours à l'assistance gravitationnelle peut permettre de réduire cette vitesse d'injection. Aussi, l'exploration des planètes extérieures, dont fait partie Jupiter, ne débute qu'en 1973, alors que les planètes intérieures[note 3] ont déjà reçu à l'époque la visite de plusieurs dizaines desondes spatiales. Plusieurs engins spatiaux vont survoler Jupiter par la suite, mais seuleGalileo effectuera un séjour prolongé, après s'être mise en orbite autour de la planète.
La première sonde à approcher Jupiter estPioneer 10, qui passe à une distance de 130 000 kilomètres de la planète le, et découvre sa ceinture de radiations[4],[5].Pioneer 11 survole à son tour Jupiter en 1974. Malgré leur instrumentation très simple, les deux sondes révèlent la complexité de l'atmosphère de Jupiter, fournissent des images d'une très grande qualité ainsi que les premières données sur la magnétosphère de la planète. Les sondesVoyager 1 et2, dotées d'une instrumentation scientifique beaucoup plus importante, effectuent leur survol de la planète en 1979. Elles découvrent les anneaux ténus qui entourent Jupiter, plusieurs lunes nouvelles, ainsi que l'activité volcanique à la surface de Io[4],[6].Ulysses en 1992 étudie la magnétosphère de Jupiter[7]. La sondeGalileo est le seul engin à avoir gravité autour de Jupiter. Elle atteint Jupiter en, et entame alors une mission d'exploration d'une durée de 8 ans. Malgré uneantenne parabolique grandgain défectueuse affectant fortement la quantité de données pouvant être transmise,Galileo parvient à transmettre des informations sur l'ensemble du système jovien. Au début de sa mission scientifique,Galileo lâche une petite sonde atmosphérique qui pénètre l'atmosphère de Jupiter et fournit la composition élémentaire des couches supérieures de celle-ci, avant d'être écrasée par la pression. Les données recueillies remettent en cause une partie des théories admises sur le processus deformation des planètes du Système solaire[8]. En, la sondeCassini, en route pourSaturne, survole Jupiter : elle prend des images à hauterésolution de la planète et, en coordination avec la sondeGalileo, étudiesa magnétosphère très étendue, ainsi que ses interactions avec levent solaire. L'intensité de la ceinture de radiations est mesurée avec plus de précision et se révèle beaucoup plus élevée que prévu. Ces informations sont utilisées pour dimensionner les protections de la sondeJuno[9]. AvantJuno, la sondeNew Horizons est la dernière à survoler Jupiter, le[10]. La sonde observe deséclairs aux pôles, la création de nuages d'ammoniac, et étudie la circulation des particules chargées dans la queue magnétique de la planète[11].
Schéma 1 : hypothèses et interrogations en 2011 sur la structure interne de Jupiter.
La sonde atmosphérique lancée parGalileo dans l'atmosphère de Jupiter a relevé des proportions d'éléments chimiques qui remettent en question les hypothèses sur la formation de la planète, et en conséquence les théories établies sur les origines et l'évolution duSystème solaire[12] :
Jupiter semble pauvre en eau alors que selon les théories en vigueur, celle-ci est considérée comme un médium indispensable pour l'incorporation deséléments lourds lors de la formation des planètes duSystème solaire externe dont fait partie Jupiter. Or ces éléments abondent sur Jupiter. La réponse qui sera apportée à cette question aura des répercussions sur le scénario de formation des planètes aux caractéristiques proches de celles de la Terre ;
deux scénarios s'affrontent sur la manière dont la planète Jupiter s'est formée. Selon le premier scénario, la planète s'est formée en deux temps —accrétion de matériaux situés dans son voisinage jusqu'à former un noyau solide représentant une dizaine de masses terrestres, puiseffondrement gravitationnel de la masse de gaz et de poussière entourant la planète ; le second scénario repose sur le seul effondrement gravitationnel d'un nuage de poussières et de gaz, mais nécessite la présence d'une nébuleuse originelle de plus grande taille que celle retenue dans les scénarios de formation du Système solaire. La confirmation de la présence d'un noyau solide au cœur de Jupiter et la détermination de sa composition pourraient permettre de trancher.
Juno a pour objectif principal de résoudre ce dilemme, en collectant des données permettant de reconstituer l'histoire de la formation de Jupiter et son évolution. Compte tenu du rôle central de la planète géante dans laformation du Système solaire, les informations recueillies doivent permettre d'affiner les théories dans ce domaine et, plus généralement, de mieux comprendre l'origine dessystèmes planétaires découverts autour d'autres étoiles[13]. À la date de lancement de la sonde, Jupiter reste une planète mal connue, malgré les données recueillies via les observations effectuées depuis la Terre par lesastronomes, et bien que plusieurs sondes spatiales aient précédéJuno (schéma 1)[13].Juno, placée sur uneorbite elliptique autour de Jupiter, doit permettre d'effectuer des observations permettant de préciser les points suivants[14],[15] :
son mode de formation ;
la proportion d'eau et d'oxygène présente ;
sa structure interne ;
la manière dont les différentes strates de la planète se déplacent les unes par rapport aux autres ;
la présence d'un noyau solide et sa taille ;
la manière dont le champ magnétique est généré ;
la relation existant entre les déplacements des couches atmosphériques et les mouvements internes de la planète ;
les mécanismes à l'origine des aurores polaires ;
les caractéristiques des zones polaires.
La sonde doit rechercher des informations sur plusieurs thèmes importants.
Les aurores polaires de Jupiter sont permanentes et s'étendent jusqu'aux lunes de la planète.
La composition de l'atmosphère fournit des indices sur la genèse de Jupiter et peut permettre de déterminer si les planètes ont pu changer d'orbite au cours de leur processus de formation.Juno doit sonder l'atmosphère jusqu'aux couches soumises à une pression de100bars en utilisant des émetteursmicro-ondes qui permettront de dresser une carte tridimensionnelle de l'abondance enammoniac et en eau[16],[15].
Juno doit étudier les variations qui se produisent dans les couches profondes de l'atmosphère de Jupiter et leurs incidences sur lamétéorologie, les températures, la composition, l'opacité des nuages et la dynamique atmosphérique. Grâce à la représentation tridimensionnelle fournie par l'instrumentation, les données recueillies permettront peut-être de définir si la dynamique atmosphérique s'étend jusqu'aux couches où la pression atteint deux cents bars ou si elle ne concerne que les strates superficielles jusqu'à une pression de six bars[17],[15].
La sonde spatiale doit dresser une carte détaillée duchamp magnétique situé à l'intérieur de la planète et dans l'espace environnant ainsi que ses variations. Ces données fourniront en retour des informations sur sa structure interne et sur les mécanismes de ladynamo qui génèrent ce champ[15].
Juno doit dresser une carte en trois dimensions de lamagnétosphère de Jupiter au niveau des pôles et desaurores, les plus puissantes du Système solaire, qui sont créées par les particules chargées, capturées par le champ magnétique. Les instruments qui équipent la sonde doivent permettre simultanément d'obtenir les caractéristiques des particules chargées et des champs magnétiques près des pôles, tout en observant les aurores dans l'ultraviolet. Ces observations doivent également améliorer notre compréhension de ces phénomènes, et de ceux engendrés par des objets dotés de champs magnétiques similaires, comme les jeunes étoiles possédant leur propre système planétaire[18].
En étudiant les variations duchamp de gravité de Jupiter, la sondeJuno fournira des indications sur la distribution des masses à l'intérieur de la planète, l'incidence sur la planète du déplacement de son atmosphère et du mouvement demarée généré par seslunes[16],[15].
Pour pouvoir recueillir les données scientifiques nécessaires à l'atteinte de ses objectifs,Juno doit passer au plus près de Jupiter ; en effet, ce n'est qu'à faible distance de la planète qu'elle peut utiliser ses instruments, et en particulier réaliser les mesuresin situ de l'aurore (schéma 5). Mais en s'approchant autant de Jupiter, elle traverse la ceinture de radiations créée par le champ magnétique de la planète géante qui prend la forme d'untore entourant Jupiter au niveau de l'équateur. Son intensité exceptionnelle peut entraîner un dysfonctionnement des appareils électroniques qui équipent la sonde spatiale. Pour limiter les dégâts,Juno est placée sur une orbite dont l'excentricité, l'argument du périastre ainsi que la faible altitude aupériastre lui permettent de contourner en grande partie la ceinture de radiations :Juno se glisse sous celle-ci lorsque la sonde longe Jupiter, et passe à l'extérieur de la ceinture lorsqu'elle s'éloigne de Jupiter (schéma 6). Sur cetteorbite polaire, dont l'inclinaison est de 90 degrés, la sonde plonge à l'approche de Jupiter, pratiquement à la verticale vers son pôle Nord, survole à très basse altitude (entre 4 200 et 5 200 kilomètres) la couche nuageuse de Jupiter jusqu'au pôle Sud, puis s'éloigne de Jupiter, initialement dans le prolongement de ce pôle, pour rejoindre sonapogée situé à 39 rayons joviens de la planète (environ 2,8 millions de kilomètres), à peu près dans le plan de l'équateur. Au cours de sa mission scientifique, d'une durée d'un an, la sonde va parcourir 32 fois cette orbite. Celle-ci se déforme progressivement au fil du temps, du fait de la forme légèrement aplatie de Jupiter. Laligne des apsides s'incline progressivement, et le temps de séjour de la sonde dans la ceinture de radiations s'allonge à chaque orbite[19] (schéma 6) : un quart de la dose totale derayonnement ionisant que subit la sonde durant sa mission est ainsi reçue durant les quatre dernières orbites autour de Jupiter. L'électronique de la sonde est confrontée à un risque croissant de panne, et la mission est volontairement arrêtée à ce stade, avant queJuno ne devienne incontrôlable. Au cours de sa36e orbite, vers la mi-novembre, la propulsion de la sonde est allumée une dernière fois pour réduire sa vitesse, ce qui diminue l'altitude de son orbite aupériastre lorsqu'elle survole à basse altitude Jupiter. Quelques jours plus tardJuno pénètre dans l'atmosphère de Jupiter, où elle est détruite par la pression et la température[20],[21].
Schéma 4 : la sonde utilise selon les orbites deux types d'orientation pour collecter des données scientifiques.
Schéma 5 :Juno traverse l'aurore polaire de Jupiter.
Schéma 6 : l'orbite deJuno permet à la sonde d'éviter en grande partie la ceinture de radiations (représentée par la zone colorée de part et d'autre de la planète (intensité croissante de bleu à rouge) mais la rotation de laligne des apsides de l'orbite l'expose de plus en plus au fur et à mesure du déroulement de la mission.
Au cours de chaque orbite de 11 jours, la phase de collecte de données scientifiques, qui se déroule durant le survol rapproché de la planète, dure six heures. Les données recueillies sont transmises durant les dix jours suivant le passage à proximité de Jupiter : six vacations destinées aux télécommunications, d'une durée de quelques heures, sont planifiées pour transmettre les deux à trois gigabits de données scientifiques de chaque orbite. Tout au long de son orbite, les panneaux solaires et l'antenne grand gain font face à la fois à la Terre et au Soleil, très proches l'un de l'autre vus de Jupiter[22].
Juno en cours d'assemblage : l'adaptateur est situé au milieu du pont inférieur au centre duquel se trouve le propulseur principal et à l'opposé l'antenne grand gain. Les antennes du radiomètre sont sur le flanc non recouvert de panneaux solaires.
Juno est une sonde spatiale d'une masse de 3 625 kilogrammes dont 2 025 d'ergols utilisés essentiellement pour les corrections de trajectoire et l'insertion en orbite autour de Jupiter et environ 170 kilogrammes decharge utile répartis entre huit instruments scientifiques. La sonde eststabilisée par rotation (spinnée) et les instruments sont fixes. Les composants les plus sensibles sont placés dans un compartiment blindé pour les protéger lorsque l'orbite de la sonde autour de Jupiter coupe la ceinture de radiations. L'énergie est fournie par despanneaux solaires qui remplacent lesgénérateurs thermoélectriques à radioisotope (RTG) habituellement utilisés pour les sondes à destination des planètes externes. Comparé àGalileo, le seulorbiteur l'ayant précédé,Juno est un engin moins coûteux mais beaucoup moins sophistiqué ;Galileo, d'une masse de 2,8 tonnes, emportait seize instruments scientifiques dont certains montés sur une plateforme stabilisée et d'autres sur une sonde atmosphérique qui, après s'être séparée du vaisseau principal, s'est enfoncée dans l'atmosphère de Jupiter pour en faire l'analyse[24].
Juno est composée d'un corps central formé d'un caisson de forme hexagonale encadré par un pont supérieur et un pont inférieur. Le caisson contient les six réservoirs de carburant de forme sphérique et lepropulseur principal. Ce dernier débouche au centre du pont inférieur au milieu de l'adaptateur qui solidarise la sonde avec sonlanceur. Les cloisons sont réalisées enmatériau compositecarbone sur une structure ennid d'abeilles. Le pont supérieur est surmonté par un compartiment blindé cubique de taille nettement plus réduite (1 mètre de côté) dans lequel est enfermée l'électronique sensible aux radiations. Des colonnes verticales situées sur les ponts inférieur et supérieur servent de support aux groupes propulseurs chargés ducontrôle d'orientation. L'ensemble mesure 3,5 mètres de haut pour 3,5 mètres de diamètre. Les panneaux solaires sont regroupés en trois ailes repliables qui s'articulent sur le corps central. Une fois déployés, ils offrent une envergure de 20 mètres à la sonde. L'armoire blindée est elle-même surmontée par une antenne parabolique à grandgain de 2,5 mètres de diamètre qui assure les communications à haut débit avec les stations sur Terre. Pour pouvoir communiquer dans toutes les configurations de vol, la sonde dispose également sur le pont supérieur d'une antenne à moyen gain et d'une antenne à faible gain et sur le pont inférieur d'une antenne à faible gain toroïdale. L'emplacement des capteurs des instruments scientifiques, qui sont tous fixes, répond à plusieurs contraintes. Ils sont disposés de manière à pouvoir effectuer des observations dans des conditions optimales compte tenu de l'orientation de la sonde et de son axe de rotation. Cinq des instruments sont situés sur le pourtour du pont supérieur ou du pont inférieur. Les longues antennesWAVES sont fixées sur le pont inférieur. Les capteurs dumagnétomètre sont placés à l'extrémité d'une des ailes pour que les mesures ne soient pas perturbées par l'électronique tandis que les antennes plates du radiomètre occupent deux des six flancs du corps central de la sonde. Leur taille est une des contraintes importantes qui ont dû être prises en compte dans le dimensionnement de la sonde. La plus grande partie de l'électronique permettant aux instruments scientifiques de fonctionner est confinée dans le compartiment blindé où se trouvent notamment les calculateurs et les centrales à inertie[20],[25].
L'antenne parabolique grand gain en cours d'assemblage avec le corps de la sonde.
La sondeJuno dispose de plusieursantennes pour communiquer avec les stations de réception sur Terre dans les différentesorientations adoptées durant la mission.
Schéma montrant l'emplacement des antennes deJuno.
Les échanges de données passent essentiellement par l'antenne parabolique grand gain (HGA) de 2,5 mètres de diamètre dont le débit est le plus important. Celle-ci n'est pas orientable et son axe est aligné avec lanormale aux panneaux solaires. L'antenne principale transmet l'ensemble des données scientifiques recueillies mais joue également un rôle scientifique important : elle est utilisée pour l'expérience de radiogravité qui doit permettre de fournir des informations sur la structure de la planète. L'antenne moyen gain (MGA) tournée vers l'avant comme l'antenne grand gain nécessite un pointage vers la Terre moins fin que celle-ci et peut être utilisée lorsque l'antenne principale ne peut pas être orientée avec suffisamment de précision vers la Terre ; c'est le cas notamment durant une partie du transit entre la Terre et Jupiter lorsque l'orientation des panneaux solaires vers le Soleil est privilégiée par rapport au pointage de l'antenne principale. Les deux antennes faible gain (LGA) l'une tournée vers l'avant, l'autre vers l'arrière nécessitent un pointage très grossier mais en contrepartie disposent d'un débit très faible. Ces antennes sont utilisées lorsque la sonde entre en mode de survie (safe mode) pour qu'une liaison minimale puisse être établie avec les équipes sur la Terre[note 4]. L'antenne moyen gain toroïdale (Toroidal Low Gain Antenna ou TLGA) est tournée vers l'arrière et émet un signal qui couvre les angles morts des antennes faible gain sur les côtés de la sonde. Elle joue un rôle crucial durant les manœuvres de correction de trajectoire et d'insertion en orbite autour de Jupiter. La sonde utilise pour communiquer avec la Terre les bandesKa etX. Le débit descendant (de la sonde vers la Terre) est de 40kilobits par seconde durant une partie du transit et de 18 kilobits par seconde durant la phase scientifique de la mission. Le débit ascendant est au maximum de 2 kilobits par seconde. Les antennes de 70 mètres de diamètre duDeep Space Network sont utilisées ponctuellement durant les manœuvres critiques mais l'essentiel des données passe par les antennes de 34 mètres. Le volume de données à transférer est d'environ 2,3 gigabits à chaque orbite[15],[26],[27].
Juno eststabilisée par rotation (spinnée) autour de son axe vertical qui est constamment pointé vers le Soleil. Cette solution a été préférée à unestabilisation 3 axes (orientation fixe) pour deux raisons : d'une part elle permet de réduire la consommation de l'énergie électrique peu abondante en supprimant le recours auxroues de réaction pour contrôler l'orientation[note 5] ; d'autre part elle simplifie la mise en œuvre des instruments de mesure de champ (magnétomètre,WAVES) et de particules (JADE,JEDI) qui peuvent ainsi effectuer leurs observations dans toutes les directions. Les instruments d'observation à distance comme leradiomètre ou lesspectromètresUVS etJIRAM, sont entraînés par le mouvement de la sonde contrairement à ce qui avait été retenu pour la sondeGalileo[note 6]. Les inconvénients pour ces instruments ont été jugés mineurs. La vitesse de rotation de la sonde prend plusieurs valeurs : 1 tour par minute durant le transit entre la Terre et Jupiter, 5 tours par minute durant les manœuvres de correction de trajectoire, 2 tours par minute lorsque les instruments scientifiques fonctionnent à proximité de Jupiter. Les instruments scientifiques sont placés à la périphérie du corps de la sonde de manière à balayer la planète à chaque rotation. Durant le survol rapproché de Jupiter, il est nécessaire de connaître la position précise de la sonde, pour la précision des relevés. Desviseurs d'étoiles ont dû être développés spécifiquement pour fonctionner malgré la rotation de la sonde tout en résistant aux radiations à forte énergie que subit la sonde durant une partie de sa trajectoire[28].
Le calculateur utilise unmicroprocesseurRAD750 disposant d'unemémoire de masse de250mégaoctets au formatflash et de128 mégaoctets demémoire vive de type DDR. Théoriquement il peut traiter jusqu'à cent millions debits par seconde de données scientifiques[29]. Un signal envoyé depuis la Terre met45 minutes pour parvenir àJuno. En conséquence, le logiciel qui pilote le fonctionnement de la sonde est conçu pour que celle-ci puisse enchainer les opérations de manière complètement autonome. Les logiciels qui commandent les instruments scientifiques sont complètement séparés du logiciel de laplateforme pour éviter tout risque de corruption de l'un par l'autre. Ces logiciels peuvent être actualisés par téléchargement depuis la Terre[30].
Les panneaux solaires d'une des trois « ailes » deJuno en cours de tests.
La planète Jupiter est cinq fois plus éloignée que la Terre du Soleil, et la sondeJuno reçoit, lorsqu'elle orbite autour de Jupiter, 2 à 3 % de l'énergie solaire dont elle dispose au niveau de l'orbite terrestre. Pour cette raison les sondes lancées vers Jupiter et au-delà ont jusqu'à présent eu recours pour la fourniture d'énergie à desgénérateurs thermoélectriques à radioisotope (RTG) qui, contrairement auxpanneaux solaires, ne dépendent pas de l'éclairement.Juno est la première sonde lancée vers une planète extérieure à utiliser des panneaux solaires. Plusieurs raisons sont invoquées par la NASA : la mise en œuvre des RTG est complexe et coûteuse ; compte tenu du profil de son orbite, les besoins électriques ne sont importants que durant six heures par période de onze jours (durée d'une orbite) ; les progrès de la technologie dans le domaine descellules photovoltaïques ont permis un gain de puissance de 50 % en vingt ans et les panneaux solaires sont plus résistants aux radiations. En utilisant l'énergie solaire, la NASA évite également les protestations soulevées par le lancement des RTG contenant duplutonium qui pourrait retomber sur Terre en cas d'échec au lancement. Cependant, la NASA a planifié plusieurs autres projets utilisant des RTG[31].
Le compartiment blindé est le cube situé sur le pont supérieur de la sonde.
Juno, durant son séjour à proximité de Jupiter, traverse à chaque orbite la ceinture de radiations en forme detore qui entoure Jupiter au niveau de l'équateur. Lerayonnement ionisant présent dans ces régions est dû au piégeage et à l'accélération des particules par lechamp magnétique particulièrement puissant de la planète. Les panneaux solaires, les plus exposés, seront soumis à1 million desieverts au cours de la durée de la mission (environ une année terrestre)[note 7]. Ces radiations affectent le fonctionnement de l'électronique. L'effet peut être temporaire : par exemple une unité élémentaire de la mémoire change d'état (un bit passe de 0 à 1) ce qui peut avoir des conséquences graves lorsque cette modification touche l'instruction d'un programme. Il peut y avoir également dégradation permanente de composants par génération de pairesélectrons-trous dans les couches isolantes, créant des courants parasites qui perturbent ou ne permettent plus le fonctionnement du composant. Les performances des panneaux solaires ou la qualité des éléments d'optique sont également affectées. Pour tenir compte de ces effets, la sonde est conçue pour graviter sur une trajectoire spécifique avec une courte durée dans la zone d'intense radiation.
Pour réduire les impacts nocifs de la ceinture de radiations de Jupiter, les sondes qui ont précédéJuno se sont, soit tenues écartées de celle-ci, soit n'y ont effectué que de brefs séjours. La mission fixée à la sondeJuno la contraint à subir des expositions beaucoup plus longues. Pour limiter les coûts, les concepteurs deJuno ont choisi d'utiliser des équipements électroniques déjà disponibles qui n'ont pas subi undurcissement leur permettant de supporter l'environnement particulièrement hostile de cette mission. Pour les protéger des rayonnements intenses, les équipements les plus sensibles sont enfermés dans un coffre cubique blindé de près d'un mètre de côté. Chacune des six parois de ce compartiment est constituée d'une plaque entitane épaisse de 1 centimètre environ et d'une masse de 18 kilogrammes qui doit arrêter une partie du rayonnement[34]. Les équipements situés à l'intérieur du blindage ne devraient pas recevoir plus de 250sieverts durant toute la mission. Les équipements situés à l'extérieur du coffre blindé disposent d'une protection locale qui est fonction de leur sensibilité aux radiations[20],[35].
La sonde subit des écarts thermiques importants au cours de sa mission, avec une trajectoire qui s'approche à 0,8unité astronomique (UA) du Soleil, et se situe à environ cinq UA durant le séjour près de Jupiter. Pour protéger les composants sensibles de la sonde contre les températures extrêmes rencontrées,Juno utilise une combinaison de moyens passifs (couches d'isolants, peintures) et de moyens actifs (résistances, ouvertures à dimension variable). Lorsque la sonde est relativement proche du Soleil, l'antenne parabolique s'interpose entre celui-ci et le compartiment blindé qui renferme l'électronique sensible[36],[37].
La propulsion principale est assurée par unmoteur-fuséebiergol de 645 newtons depoussée et 317 secondes d'impulsion spécifique qui consomme un mélangehypergolique d'hydrazine et deperoxyde d'azote. Ce propulseur de typeLeros-1b est réservé aux principales corrections de trajectoire et est chargé d'insérerJuno en orbite autour de Jupiter. La sonde dispose par ailleurs de quatre groupes de petits moteurs-fuséesmonergol consommant de l'hydrazine (Rocket Engine Module ou REM) constitués chacun de deux propulseurs permettant de réaliser une poussée transversale et un propulseur permettant d'effectuer une poussée axiale. Deux REM sont placés sur le pont supérieur et deux sur le pont inférieur. Les REM sont capables d'assurer toutes les corrections d'orbite et d'orientation postérieures à l'insertion deJuno sur son orbite définitive[38],[29].
La sonde et ses instruments scientifiques (vue d'artiste).
Schéma 8 : les longueurs d'onde des émissions radio reçues par le radiomètre MWR reflètent les caractéristiques de l'atmosphère à différentes profondeurs (jusqu'à 500 km de profondeur).Les capteurs du magnétomètre sont installés au bout d'une des trois « ailes », ici repliée, portant les panneaux solaires.Cette vue d'artiste de la sonde permet de distinguer de gauche à droite, l'antenne grand gain qui coiffe le compartiment blindé, les antennes plates du radiomètre MWR sur le flanc du corps de la sonde et l'antenne en V de l'instrument WAVES.
Juno emporte huit ensembles d'instruments comprenant en tout 29 capteurs ainsi que la caméra (JunoCam). Ces instruments comprennent unradiomètre à micro-ondes (MWR) destiné à sonder les couches profondes de l'atmosphère de la planète, unmagnétomètre (MAG) chargé de mesurer lechamp magnétique interne et externe et une expérience de mesure de la gravité par ondes radio (GS,Gravity Science), pour établir la structure interne de Jupiter. Enfin cinq instruments sont plus particulièrement destinés à l'étude de lamagnétosphère et des aurores polaires : unspectromètreinfrarouge (JIRAM), un spectromètreultraviolet (UVS), un détecteur d'ondes de plasma et d'ondes radio (WAVES) et les deux détecteurs de particules énergétiquesJEDI etJADE[19].
Pour limiter les risques et les coûts, tous les instruments sont fournis par des équipes qui peuvent s'appuyer sur des dispositifs embarqués à bord d'une des sondes suivantes :New Horizons,Mars Global Surveyor,Cassini ouGalileo. Mais la mission deJuno est exigeante en matière de performances et de conditions rencontrées, ce qui a souvent imposé de faire évoluer les instruments existants. Ainsi lemagnétomètre doit pouvoir mesurer unchamp magnétique de 16gauss, soit deux ordres de magnitude au-dessus des instruments développés auparavant ; tous les instruments doivent faire face à des écarts de température liés à la trajectoire de la sonde, qui se trouve peu après son lancement à 0,8 unité astronomique (UA) du Soleil, et durant la phase de l'étude scientifique à environ 5 UA[39].
Le magnétomètre (MAG), développé par leCentre de vol spatial Goddard de la NASA, est capable d'indiquer la direction et l'intensité du champ grâce à deux capteurs vectoriels (FGM,Flux Gate Magnetometer) pour mesurer le vecteur du champ magnétique et un troisième capteur scalaire (SHM,Scalar Helium Magnetometer) pour en évaluer l'intensité. Les magnétomètres sont montés à l'extrémité d'une des trois ailes supportant lespanneaux solaires. Chaque capteur est associé à unviseur d'étoiles développé par une équipedanoise qui permet de connaître avec précision l'orientation du capteur. Le magnétomètre doit permettre de dresser une carte d'une grande précision des champs magnétiques qui s'étendent à l'extérieur et à l'intérieur de la planète[18],[43],[42].
L'expérience de mesure de lagravité par ondes radio (Gravity Science, GS) doit permettre de dresser une carte de la distribution des masses à l'intérieur de Jupiter. La répartition non homogène de la masse au sein de Jupiter induit de faibles variations de la gravité tout au long de l'orbite suivie par la sonde lorsqu'elle longe au plus près la surface de la planète. Ces variations de gravité entraînent à leur tour de petites modifications de vitesse de la sonde. L'expérience de radiogravité consiste à détecter ces dernières en mesurant l'effet Doppler sur les émissions radio émises parJuno en direction de la Terre enbande Ka etbande X, une gamme de fréquences qui permettent de mener l'étude avec moins de perturbations liées au vent solaire ou à l'ionosphère terrestre[44],[45],[42].
Les détecteurs de particules énergétiques JADE et JEDI
L'antenne dipolaire (WAVES) mesure les ondes radio et lesondes de plasma qui se propagent dans lamagnétosphère de Jupiter pour étudier les interactions entre le champ magnétique, l'atmosphère et la magnétosphère. Le capteur deWAVES est une antenne en V de quatre mètres de long dont l'une des branches mesure la composante électrique des ondes tandis que l'autre mesure les fluctuations magnétiques[49],[47].
Schéma 9 : disposition des instruments scientifiques deJuno.
Un des trois détecteurs de particules énergétiques JEDI.
Lespectromètreultraviolet UVS (UV spectrograph) prend des photos des aurores de Jupiter dans l'ultraviolet (78-205 nanomètres) avec unerésolution spectrale inférieure à trois nanomètres et unerésolution spatiale inférieure à 500 kilomètres. Combiné avec les données des instruments JADE et JEDI, ces images doivent permettre de comprendre la relation existant entre les aurores, les flux de particules qui les créent et l'ensemble de la magnétosphère. Les images obtenues alors que la sonde passe directement au-dessus des zones polaires devraient être d'une bien meilleure qualité que celles existantes, fournies par letélescope spatialHubble[50],[47].
Lespectromètre imageur JIRAM (Jupiter Infrared Aural Mapper) fonctionnant dans le procheinfrarouge (entre 2 et 5microns) effectue des sondages dans les couches supérieures de l'atmosphère jusqu'à une profondeur comprise entre 50 et 70 kilomètres, où la pression atteint cinq à septbars. JIRAM doit notamment fournir des images des aurores dans lalongueur d'onde de 3,4 microns, dans des régions où abondent les ionsH3+. L'instrument doit également ramener des données sur les zones dépourvues de nuages, qui se créent parfois dans l'atmosphère de Jupiter (leshot spots), qui constituent des fenêtres sur les couches internes de l'atmosphère. En mesurant la chaleur irradiée par l'atmosphère de Jupiter, JIRAM peut déterminer comment les nuages chargés d'eau circulent sous la surface. Certains gaz, en particulier leméthane, lavapeur d'eau, l'ammoniac et laphosphine, absorbent certaines longueurs d'onde dans le spectre infrarouge. L'absence de ces longueurs d'onde dans les spectres relevés par JIRAM est une manière de détecter la présence de ces gaz. JIRAM est un bonus ajouté à la charge utile après la sélection de la mission : il n'a pas été exigé que cet instrument satisfasse aux exigences de résistance aux radiations. Cet instrument est fourni par l'Institut national d'astrophysique italien[51],[52],[53].
La sonde emporte également une caméra couleur (JunoCam) fonctionnant enlumière visible (400-900 nanomètres), qui ne répond à aucun objectif scientifique. Elle doit fournir les premières images des pôles de Jupiter avec une résolution de 1pixel pour 15 kilomètres.JunoCam a une optique grand angle avec unangle de champ de 58 degrés.JunoCam est développée à partir de la caméra de descenteMARDI de la sonde martienneMars Science Laboratory lancée à la fin de l'année 2011. Son blindage, moins épais que celui des autres instruments, est conçu pour résister aux radiations durant au moins sept orbites[54],[55].
Masse et consommation électrique des instruments scientifiques (estimation 2007)[39],[56]
En 2003, leConseil national de la recherche des États-Unis publie l'Étude décennale 2003-2013 des sciences planétaires (Planetary Science Decadal Survey). Comme dans ses versions antérieures, ce document fait un état des lieux des questions les plus importantes touchant auxsciences planétaires, et propose une stratégie d'exploration spatiale et astronomique, pour la décennie suivante, cohérente avec ces interrogations. Le rapport de 2003, intitulé2003-2013, New Frontiers in the Solar System, identifie douze axes de recherche et définit sept missions spatiales (en excluant celles consacrées à la planèteMars) à lancer en priorité. À côté d'une mission lourde à destination de lalune de Jupiter,Europe, et de l'extension de la mission de la sondeCassini, figurent cinq missions de classe moyenne, c'est-à-dire d'un coût compris à l'époque entre 325 et 650 millions de dollars US : ce sont l'exploration dePluton et de laceinture de Kuiper (missionNew Horizons), une mission de retour d'échantillon depuis le pôle sud de la Lune (Lunar South Pole-Aitken Basin Sample Return), unorbiteur placé sur uneorbite polaire autour de Jupiter, emportant trois sondes atmosphériques (Jupiter Polar Orbiter with Probe, qui deviendraJuno), une mission d'étudein situ deVénus (Venus In-Situ Explorer) et une mission de retour d'échantillon depuis unecomète (Comet Surface Sample Return)[57],[58].
L'une des conséquences de cette étude est la création par la NASA d'une nouvelle classe de missions spatiales interplanétaires : leprogrammeNew Frontiers regroupe des projets d'exploration du Système solaire nécessitant un budget de taille moyenne, avec un coût plafonné à 900 millions de dollars hors lancement (en 2011). Ce type de mission s'intercale entre les missions duprogrammeFlagship, au budget non plafonné, mais rares (une par décennie), commeMars Science Laboratory (2,5 milliards de dollars) et les missions duprogrammeDiscovery, commeMESSENGER, dont le coût ne doit pas excéder 450 millions de dollars, mais dont la cadence de lancement est relativement rapprochée (six missions pour la décennie 2000). La première mission du programmeNew Frontiers estNew Horizons.Juno est la deuxième mission ; elle est sélectionnée parmi sept autres propositions le, à la suite d'un appel à candidatures lancé par la NASA en[59]. La sonde est baptiséeJuno,Junon en français, déesse et épouse du maître des dieuxJupiter dans lamythologie romaine, car sa mission est notamment de révéler ce que cache Jupiter derrière ses nuages, à l'image d'un des faits connus attribués au personnage mythologique[60],[note 8].
La responsabilité de chaque projet du programmeNew Frontiers est confiée par principe à une personnalité du monde universitaire ou de la recherche qui, notamment, sélectionne les différents participants et est responsable du budget. PourJuno, cePrincipal Investigator (PI) est Scott Bolton, duSouthwest Research Institute. La direction de mission est assurée par leJet Propulsion Laboratory, centre de la NASA à qui est confiée la majorité des missions interplanétaires et qui fournit par ailleurs le radiomètre MWR et le système de télécommunications. Le constructeur aérospatialLockheed Martin est sélectionné pour la conception et la fabrication de la sonde[61].
Au moment de sa sélection, il était prévu queJuno soit lancée en 2009, mais au cours de l'année suivante, l'échéance est repoussée de 1 puis 2 ans[15]. Ce délai est mis à profit pour affiner le scénario de la mission : l'orbite préalable de 78 jours autour de Jupiter est ajoutée, car elle permet de gagner de la masse, de préparer la phase scientifique, et donne l'occasion d'observer sous un angle différent samagnétosphère. La vitesse de rotation de la sonde, durant son séjour près de Jupiter, est fixée, après une étude approfondie des avantages et inconvénients, par les équipes scientifiques concernées et les ingénieurs[note 9],[62].
Après une phase de conception de pratiquement 3 ans, le projet passe avec succès la revue de conception préliminaire (PDR), et entre en phase de réalisation le[15]. Durant le développement qui suit, des modifications notables sont apportées à la conception initiale. Les résultats de simulations des effets des radiations sur l'électronique enfermée dans le compartiment blindé permettent d'optimiser l'épaisseur des parois de celui-ci. Sa masse est réduite de180 à 157kilogrammes. Par ailleurs, letantale, porté par une structure ennid d'abeilles, retenu au départ pour ces parois, est remplacé par dutitane, plus facile à usiner et à modifier, pour prendre en compte les changements de dernière minute. Après avoir affiné la modélisation du cycle de vieillissement descellules photoélectriques utilisées parJuno, et compte tenu de la marge de puissance estimée indispensable, l'équipe du projet décide de porter la surface des panneaux solaires de50 à 60m2[33]. En, le lanceurAtlas V est sélectionné pour un coût du lancement de 190 millions de dollars[63]. L'assemblage deJuno débute le, dans l'établissement deLockheed Martin situé àDenver[64].
Lafusée retenue pour le lancement deJuno est une Atlas V 551. Il s'agit de la version la plus puissante de celanceur : elle dispose de cinqpropulseurs d'appoint, qui fournissent avec le premier étage unepoussée de 985 tonnes au décollage, pour une masse totale avec lacharge utile de 574 tonnes. La sonde spatiale ainsi que le second étage sont entourés d'unecoiffe aérodynamique de 5 mètres de diamètre qui est larguée dès que les couches les plus denses de l'atmosphère ont été dépassées[note 10]. Lafenêtre de lancement, d'une durée d'environ une heure chaque jour, s'étend du 5 au[65],[66]. La date du lancement conditionne celle de la sonde martienneMars Science Laboratory, qui doit utiliser le mêmepas de tir pour une mise en orbite comprise entre fin novembre et décembre[note 11]. La sondeJuno est lancée le, à 16 h 25 UTC, depuis labase de Cape Canaveral[67]. La sonde spatiale emporte une copie de la lettre[note 12] du savant italienGalilée décrivant sa découverte des lunes joviennes, fournie par l'Agence spatiale italienne[68],[69].
Le transit vers Jupiter dure plus de deux ans et demi. La propulsion principale est utilisée à une dizaine de reprises, avant et après le survol de la Terre, pour effectuer de petites corrections de trajectoire. Six mois avant l'arrivée, vers, le fonctionnement des instruments est vérifié, et ceux-ci sont calibrés. Les premières observations scientifiques sur le champ magnétique et les particules sont effectuées lorsque l'interface entre le vent solaire et la magnétosphère de Jupiter est atteinte, le[73], soit quelque temps avant l'arrivée à proximité de Jupiter. Lorsque la sonde aborde la planète géante, début, elle a parcouru environ1 780 000 000 milles (2 865 000 000 km)[74], et un peu plus de cinq ans se sont écoulés depuis le lancement (schéma 3).
Orbite deJuno autour de Jupiter : après 2 orbites larges destinées à préparer la phase suivante, la sonde spatiale doit effectuer 36 orbites de 14 jours, consacrées aux activités scientifiques, puis plonger dans l'atmosphère de la planète, pour être détruite avant que son électronique ne soit trop sévèrement endommagée par les radiations, et que la NASA n'en perde le contrôle.
Photographie de Jupiter et ses plus grosses lunes prises par la caméraJunoCam le 28 juin 2016 à environ 6,8 millions de km quelques jours avant la mise en orbite.
L'insertion en orbite autour de Jupiter (Jupiter Orbit Insertion ou JOI), qui a lieu le, est une manœuvre critique, complètement pilotée par l'ordinateur embarqué : celui-ci prend complètement le contrôle des opérations 5 jours avant la manœuvre. Pour accroître les chances d'un bon déroulement, certaines procédures susceptibles de placer de manière inopportune la sonde spatiale enmode survie, sont suspendues[note 13]. Dans le même but, les instruments scientifiques sont arrêtés cinq jours avant la manœuvre, et ne sont remis en marche que cinquante heures après l'insertion en orbite. Avant de mettre en marche la propulsion, la vitesse de rotation de la sonde spatiale autour de son axe est accrue, passant de deux à cinq tours par minute, pour limiter les déviations par rapport à la direction retenue durant la phase propulsée. La manœuvre d'insertion en orbite est déclenchée à2 h 30UTC, et utilise le propulseur principal durant 35 minutes[75]. Les responsables de la mission reçoivent une confirmation que la mise à feu du propulseur s'est bien passée[76] un peu plus de 48 minutes plus tard, temps mis par l'information pour arriver jusqu'au centre de contrôle, à lavitesse de la lumière dans le vide. L'action du moteur-fusée réduit la vitesse deJuno de 542 m/s, et insère la sonde spatiale sur une orbite de 53,5 jours autour de Jupiter. Le choix d'une orbite plus large que celle visée permet de réduire la consommation d'ergols. La sonde spatiale passe à seulement 4 700 kilomètres au-dessus du sommet des nuages de Jupiter. Le risque d'être frappé par des poussières atteint à ce moment sa probabilité la plus forte, compte tenu de la position desanneaux ténus de Jupiter.
L'orbite devait initialement être modifiée le, soit 106 jours (deux orbites) plus tard, en utilisant à nouveau le propulseur principal durant 38 minutes, pour ramener l'orbite de la sonde à 14 jours, une dernière manœuvre de correction devant être effectuée 7,6 jours plus tard, pour parfaire l'orbite sur laquelle la sonde va travailler[28],[77],[78],[79].
Cependant, à la suite du comportement suspect de deux valves contrôlant l'hélium utilisé pour mettre sous pression lesergols (au cours d'une répétition, celles-ci se seraient ouvertes au bout de plusieurs minutes au lieu de quelques secondes), la manœuvre visant à réduire l'orbite, en la faisant passer de 53,5 jours à deux semaines, qui devait avoir lieu le est décalée jusqu'au moins lepériapside suivant ()[80]. Un deuxième incident, plus grave, se produit quelques jours plus tard. Le, treize heures avant d'effectuer son deuxième passage au-dessus de Jupiter, la sonde spatiale se met enmode survie à la suite d'une défaillance détectée par l'ordinateur embarqué. Dans ce mode, la sonde spatiale réduit son activité au minimum, et en particulier les instruments sont arrêtés. En conséquence aucune donnée scientifique n'a pu être recueillie durant ce passage[81]. La sonde quitte finalement le mode survie le[82].
Modification du déroulement de la mission (février 2017)
À la suite de l'incident d', la NASA étudie longuement les options envisageables pour la suite de la mission. Les ingénieurs décident en de renoncer à faire passer la période de l'orbite de 53,5 à 14 jours comme prévu car compte tenu des incidents précédents, la mise à feu du moteur-fusée pourrait placer Juno sur une orbite ne permettant pas d'effectuer les observations scientifiques prévues et éventuellement pourrait mettre en péril la vie de la sonde spatiale en prolongeant les éclipses solaires au-delà de la capacité de ses batteries. La NASA étudie un scénario dégradé consistant à faire fonctionner la propulsion principale sans maintenir sous pression le circuit du carburant mais y renonce car le moteurLeros 1b n'a pas été conçu pour fonctionner dans ce mode et ce mode opératoire constitue un risque. Selon les responsables de la mission,Juno en se maintenant sur l'orbite de 53 jours peut tout de même remplir les objectifs assignés à la mission. Par ailleurs, cette orbite permet d'effectuer des mesures répétées dans une région s'étendant jusqu'à huit millions de kilomètres : la sonde spatiale peut étudier des parties de la magnétosphère de Jupiter qu'elle n'aurait pu observer si le scénario initial avait été mis en œuvre. Toutefois la nouvelle orbite présente des inconvénients. Pour pouvoir réaliser les 36 survols prévus, la mission doit être prolongée de trois ans, et il n'est pas certain que la sonde spatiale fonctionne jusque-là. Cette extension de la mission a un coût non budgété de 35 à 40 millions de dollars par an. La NASA choisit néanmoins cette solution[84].
Séquence de photos prises entre le 15 et 27 août 2016.
Durant son séjour autour de Jupiter,Juno décrit une orbite fortement elliptique, pour limiter le temps passé dans la ceinture de radiations créée par le champ magnétique de la planète géante. La sonde spatiale plonge à l'approche de Jupiter, pratiquement à la verticale vers son pôle Nord, survole à très basse altitude (entre 4 200 et 7 900 kilomètres) la couche nuageuse de Jupiter jusqu'au pôle sud, puis s'éloigne de Jupiter, initialement dans le prolongement de ce pôle, pour rejoindre sonapogée situé à 8,1 millions de kilomètres), à peu près dans le plan de l'équateur.
Correction de la trajectoire durant le transit[87] (total dV: 345 m/s + 385 m/s)[88]
3 septembre 2012
9 octobre 2013
Assistance gravitationnelle de la Terre (la vitesse de la sonde spatiale passe de 126 000 à 150000 km/h)[89] —Galerie
5 juillet 2016
Insertion en orbite polaire autour de Jupiter[90],[91]
3°
30°
27 aout 2016
Passage au périgée de l'orbite autour de Jupiter[92] —Galerie
4°
100°
19 octobre 2016
Passage au périgée de l'orbite autour de Jupiter : La manoeuvre de réduction de la période orbitale est annulée car le système de pressurisation des réservoirs d'ergols ne fonctionne pas comme prévu[93]
5°
350°
11 décembre 2016
Passage au périgée de l'orbite autour de Jupiter 3[94],[95]
6°
10°
2 février 2017
Passage au périgée de l'orbite autour de Jupiter 4[95],[96]
7°
270°
27 mars 2017
Passage au périgée de l'orbite autour de Jupiter 5[97].
8°
180°
19 mai 2017
Passage au périgée de l'orbite autour de Jupiter 6[98].
Passage au périgée de l'orbite autour de Jupiter 8[101]
10°
320°
24 octobre 2017
Passage au périgée de l'orbite autour de Jupiter 9[102]
11°
230°
16 décembre 2017
Passage au périgée de l'orbite autour de Jupiter 10[103],[104]
12°
300°
7 février 2018
Passage au périgée de l'orbite autour de Jupiter 11[86]
13°
210°
1er avril 2018
Passage au périgée de l'orbite autour de Jupiter 12[86]
14°
110°
24 mai 2018
Passage au périgée de l'orbite autour de Jupiter 13[86]
15°
20°
16 juillet 2018
Passage au périgée de l'orbite autour de Jupiter 14[86]
16°
70°
7 septembre 2018
Passage au périgée de l'orbite autour de Jupiter 15[86]
17°
340°
29 octobre 2018, 21:06:15
Passage au périgée de l'orbite autour de Jupiter 16[86]
17°
250°
21 décembre 2018
Passage au périgée de l'orbite autour de Jupiter 17[105],[86]
18°
160°
12 février 2019
Passage au périgée de l'orbite autour de Jupiter 18[86]
19°
240°
6 avril 2019
Passage au périgée de l'orbite autour de Jupiter 19[86]
20°
100°
29 mai 2019
Passage au périgée de l'orbite autour de Jupiter 20[86]
20°
10°
21 juillet 2019
Passage au périgée de l'orbite autour de Jupiter 21[100],[86]
21°
280°
12 septembre 2019
Passage au périgée de l'orbite autour de Jupiter 22[100],[86]
22°
320°
3 novembre 2019
Passage au périgée de l'orbite autour de Jupiter 23[86]
22°
190°
26 décembre 2019
Passage au périgée de l'orbite autour de Jupiter 24: Survol à grande distance deGanymède[86],[106]
23°
70°
17 février 2020
Passage au périgée de l'orbite autour de Jupiter 25[86]
23°
140°
18 avril 2020
Passage au périgée de l'orbite autour de Jupiter 26[86]
24°
50°
2 juin 2020
Passage au périgée de l'orbite autour de Jupiter 27[86]
25°
340°
25 juillet 2020
Passage au périgée de l'orbite autour de Jupiter 28[86]
25°
250°
16 septembre 2020
Passage au périgée de l'orbite autour de Jupiter 29[86]
26°
160°
8 novembre 2020
Passage au périgée de l'orbite autour de Jupiter 30[86]
27°
210°
30 décembre 2020
Passage au périgée de l'orbite autour de Jupiter 31[86]
27°
120°
21 février 2021
Passage au périgée de l'orbite autour de Jupiter 32[86]
28°
30°
15 avril 2021
Passage au périgée de l'orbite autour de Jupiter 33[86],[107]
29°
300°
8 juin 2021
Passage au périgée de l'orbite autour de Jupiter 34 : survol deGanymède à une distance de 1038 km|[108] . La période orbitale passe de 53 à 43 jours[109],[86],[85]
28°
290°
21 juillet 2021
Passage au périgée de l'orbite autour de Jupiter 35: Fin de la première extension de la mission[109] qui était prévue le 30 juillet 2021 avant que la seconde extension de la mission ne soit approuvée[110].
29°
300°
2 septembre 2021
Passage au périgée de l'orbite autour de Jupiter 36[86]
30°
100°
16 octobre 2021
Passage au périgée de l'orbite autour de Jupiter 37[86]
31°
40°
29 novembre 2021
Passage au périgée de l'orbite autour de Jupiter 38[86]
31°
80°
12 janvier 2022
Passage au périgée de l'orbite autour de Jupiter 39[86]
32°
90°
25 février 2022
Passage au périgée de l'orbite autour de Jupiter 40[86]
33°
280°
9 avril 2022
Passage au périgée de l'orbite autour de Jupiter 41[86]
34°
60°
23 mai 2022
Passage au périgée de l'orbite autour de Jupiter 42[86]
35°
70°
5 juillet 2022
Passage au périgée de l'orbite autour de Jupiter 43[86]
36°
310°
17 aout 2022
Passage au périgée de l'orbite autour de Jupiter 44[86]
37°
150°
29 septembre 2022
Passage au périgée de l'orbite autour de Jupiter 45: Survol de la luneEurope à une distance de 352 km La période orbitale autour de Jupiter passe de 43 à 38 jours[111],[112],[85].
37°
230°
6 novembre 2022
Passage au périgée de l'orbite autour de Jupiter 46[86]
38°
350°
15 décembre 2022
Passage au périgée de l'orbite autour de Jupiter 47 : Survol deIo à une distance au plus près de 64 000 km[86].
39°
160°
22 janvier 2023
Passage au périgée de l'orbite autour de Jupiter 48[86]
40°
200°
1 mars 2023
Passage au périgée de l'orbite autour de Jupiter 49[86]
41°
170°
8 avril 2023
Passage au périgée de l'orbite autour de Jupiter 50[86]
42°
210°
16 mai 2023
Passage au périgée de l'orbite autour de Jupiter 51[86]
43°
140°
23 juin 2023
Passage au périgée de l'orbite autour de Jupiter 52[86]
44°
80°
31 juillet 2023
Passage au périgée de l'orbite autour de Jupiter 53: Survol de Io le 30 juillet avec un passage au plus près à 22 000 km[113].
45°
120°
7 septembre 2023
Passage au périgée de l'orbite autour de Jupiter 54[86]
45°
190°
15 octobre 2023
Passage au périgée de l'orbite autour de Jupiter 55[86]
46°
110°
22 novembre 2023
Passage au périgée de l'orbite autour de Jupiter 56[86]
47°
120°
30 décembre 2023
Passage au périgée de l'orbite autour de Jupiter 57: Survol de Io le 30 juillet avec un passage au plus près à 1 500 km[114]
47°
90°
3 février 2024
Passage au périgée de l'orbite autour de Jupiter 58: survol de Io à une distance de 1500 km[114] La période orbitale autour de Jupiter est réduite de 38 à 33 jours[109],[85]
48°
290°
7 mars 2024
Passage au périgée de l'orbite autour de Jupiter 59: Survol d'Amalthée à une distance de 117 500 km[85]
49°
0°
9 avril 2024
Passage au périgée de l'orbite autour de Jupiter 60[85]
50°
40°
12 mai 2024
Passage au périgée de l'orbite autour de Jupiter 61[85]
51°
250°
14 juin 2024
Passage au périgée de l'orbite autour de Jupiter 62[85]
52°
60°
17 juillet 2024
Passage au périgée de l'orbite autour de Jupiter 63[85]
53°
260°
18 aout 2024
Passage au périgée de l'orbite autour de Jupiter 64[85]
54°
40°
20 septembre 2024
Passage au périgée de l'orbite autour de Jupiter[85]
55°
240°
23 octobre 2024
Passage au périgée de l'orbite autour de Jupiter[85]
56°
20°
25 novembre 2024
Passage au périgée de l'orbite autour de Jupiter[85]
57°
120°
28 décembre 2024
Passage au périgée de l'orbite autour de Jupiter 68[85]
57°
310°
30 janvier 2025
Passage au périgée de l'orbite autour de Jupiter n°69[85]
58°
110°
4 mars 2025
Passage au périgée de l'orbite autour de Jupiter 70: survol de la luneThébé le 2 mars avec un passe au plus près à une distance de 31 780 km[85]
59°
0°
5 avril 2025
Passage au périgée de l'orbite autour de Jupiter 71 : Juno passe temporairement en mode survie à la suite de dommages infligés par le rayonnement[115],[85]
60°
210°
8 mai 2025
Passage au périgée de l'orbite autour de Jupiter 72[85]
61°
50°
10 juin 2025
Passage au périgée de l'orbite autour de Jupiter 73[85]
62°
320°
13 juillet 2025
Passage au périgée de l'orbite autour de Jupiter 74[85]
63°
180°
15 aout 2025
Passage au périgée de l'orbite autour de Jupiter 75: La caméra JunoCam, endommagée de manière temporaire par les radiations, ne prend aucune image[85]
63°
80°
17 septembre 2025
Passage au périgée de l'orbite autour de Jupiter 76: Fin de la seconde extension de la mission[109],[85]
64°
320°
Prolongement de la mission jusqu'en 2025 avec des objectifs complémentaires
Alors que la mission primaire doit s'achever en juillet 2021, la NASA décide début 2021 de la prolonger jusqu'en septembre 2025 ou jusqu'à la fin de vie de la sonde spatiale si celle-ci intervient avant. Au cours de cette nouvelle phase, la sonde spatiale doit effectuer 42 orbites autour de Jupiter. Cette orbite doit progressivement évoluer en traversant successivement les ceintures de radiations de forme torique entourant les lunesEurope etIo. Profitant des opportunités créées par ce prolongement, plusieurs objectifs sont ajoutées à la mission. Des mesures de rayonnement sont effectuées autour de Io et d'Europe pour optimiser les stratégies d'observation de ces lunes par les futures sondes spatialesEuropa Clipper (NASA) etJUICE (Agence spatiale européenne). Juno effectuera deux survols deGanymède, trois d'Europe et 11 de Io et traversera à de multiples reprises lesanneaux de Jupiter. Des données seront collectées à cette occasion pour améliorer notre connaissance de la géologie de ces lunes ainsi que la dynamique des anneaux. La mission prolongée doit également permettre de mieux remplir les objectifs initiaux. En effet le périgée de l'orbite, situé à proximité de la surface de Jupiter, va progressivement migrer vers le nord, améliorant ainsi la couverture des régions polaires et de ses mystérieux cyclones. En utilisant l'assistance gravitationnelle des lunes l'orbite de Juno sera progressivement réduite, accroissant le nombre de passages et donc d'observations. Le survol de Ganymède le 7 juin 2021 (orbite 34) doit faire passer la durée d'une orbite de 53 à 43 jours. Le passage à proximité d'Europe le 29 septembre 2022 réduit à nouveau la période à 38 jours. Enfin les survols combinés du 30 décembre 2023 et du 3 février 2024 doit la faire passer à 33 jours[116].
Orbites de la deuxième extension de mission en bleu et mauve.
Juno a identifié une nouvelle ceinture de radiations située au niveau de l'équateur immédiatement au-dessus de l'atmosphère (signalée par une tache bleutée). La sonde spatiale traverse par ailleurs une ceinture de radiations déjà connue située aux latitudes hautes.Structure profonde de la grande tache rouge déterminée à l'aide du radiomètre.
Jupiter est un monde complexe et turbulent. Les données recueillies par les instruments de la sonde spatialeJuno remettent en cause de nombreuses hypothèses scientifiques sur les processus à l’œuvre.
L'intensité du rayonnement dans les ceintures de radiation est moins forte que ce qui a été modélisé ce qui permet d'envisager le prolongement de la mission jusqu'en 2021. Par contre une nouvelle ceinture de radiations a été découverte au niveau de l'équateur immédiatement au-dessus de l'atmosphère[118].
Les images fournies par la caméra Juno montrent que les régions des deux pôles sont occupées par des tempêtes de la taille de la Terre très proches les unes des autres. Les scientifiques s'interrogent sur leur mode de formation et sur leur dynamique : s'agit-il de phénomènes permanents ? dont la configuration évolue dans le temps ? Est-ce que ces tempêtes se déplacent[118],[119] ?
Les données collectées sur lesaurores polaires démontrent que les processus à l'œuvre sont différents de ceux de la Terre. Les électrons accélérés aux pôles ont des énergies atteignant 400 keV soit 10 à 30 fois ceux de la Terre. Mais à la surprise des scientifiques, malgré ce potentiel électrique énorme, les aurores polaires ne sont pas permanentes et la source des aurores polaires les plus intenses n'est pas liée à cette caractéristique[118].
La caméra deJuno a pris des photos très détaillées de la surface de Jupiter en particulier de laGrande Tache rouge et des régions polaires. D'après les données des radiomètres la grande Tache Rouge se prolonge au moins jusqu'à une profondeur de 300 kilomètres et elle est plus chaude à sa base qu'à sa surface[118],[119].
Leradiomètre embarqué indique que les couches profondes de l'atmosphère de Jupiter (50 à 100 kilomètres en dessous du sommet des nuages) sont agitées, contrairement au consensus général des scientifiques tablant sur l'absence d'énergie incidente à cette profondeur. Par ailleurs en s'appuyant sur les mesures du champ de gravité (le radiomètre ne permet pas de sonder au-delà de quelques centaines de kilomètres), l'équipe scientifique de Juno a découvert que les vents et le découpage en bandes horizontales visible en surface, s'étendaient jusqu'à une profondeur de 3 000 kilomètres fixant ainsi une limite inférieure de l'atmosphère à une profondeur bien plus importante que prévu. Contrairement aux hypothèses, cette atmosphère n'est pas constituée de couches emboîtées caractérisées par des vitesses de rotation différenciées. En deçà de cette atmosphère, les couches inférieures, qu'elles soient liquides ou solides, ont un mouvement de rotation unique et se comportent comme si elles formaient une seule entité[120],[118],[119].
Compte tenu des résultats obtenus en mesurant le champ de gravité, il se pourrait que lenoyau rocheux et métallique de la taille d'une Terre ou d'une superTerre existant au moment de la formation de Jupiter se soit dissous et mélangé avec lemanteau constitué d'hydrogène métallique liquide[120].
L'intensité du champ magnétique de Jupiter, qui a pu être mesuré avec précision, atteint 7,766Gauss, une valeur supérieure à ce qui était prévu. L'instrument utilisé a pu démontrer qu'il était irrégulier ce qui semble indiquer que la dynamo qui génère le magnétisme est plus proche de la surface de la planète que prévu et serait située au-dessus de la couche d'hydrogène métallique[119].
Photos prises au cours de survols réalisés en 2017
Des tempêtes de la taille de la planète Terre sont visibles au niveau du pôle Sud.
La Grande Tache rouge photographiée le.
Tempête photographiée lors du survol du et située au sud de la tache blanche.
Le compositeur grecVangelis collabore avec la NASA à l'occasion de cette mission pour élaborer un album qui sort en 2021 :Juno to Jupiter, évocation musicale du voyage de la sonde. Il s'agit du dernier album composé par Vangelis, qui meurt en mai 2022[121]. Vangelis avait déjà collaboré avec la NASA en composant l'albumMythodea, thème des missions vers la planèteMars, en 2001. Il avait également travaillé de la même manière avec l'Agence spatiale européenne en composant un album à l'occasion de la mission de la sondeRosetta, lancée en 2004 et terminée en 2016. L'album ainsi composé,Rosetta, était sorti en 2016[122].
↑Ladensité de Jupiter est de 1,33 contre 5,52 pour la Terre.
↑Une unité astronomique représente la distance entre la Terre et le Soleil. La vitesse à laquelle une sonde spatiale doit être lancée croît avec la distance de la planète visée par rapport au Soleil : il faut que la sonde s'extraie du puits gravitationnel du Soleil et sa vitesse doit être suffisante pour que le temps de transit entre la Terre et la planète visée ne soit pas trop long.
↑Lorsqu'une sonde spatiale rencontre des problèmes de fonctionnement, ils peuvent amener à une perte du contrôle de l'orientation car le maintien de celle-ci est très vulnérable car dépendant du bon fonctionnement de nombreux composants :viseurs d'étoiles, propulseurs, centrale à inertie, programme de guidage, etc. s'il y a perte d'orientation, l'antenne grand gain n'est plus pointée avec suffisamment de précision vers la Terre. Dans ces circonstances, les émissions des antennes faible gain, beaucoup moins exigeantes en matière de pointage, peuvent être reçues par les antennes terrestres ce qui permet aux équipes à Terre de disposer des données leur permettant d'effectuer un diagnostic et de renvoyer des instructions pour tenter de rétablir un mode de fonctionnement normal.
↑Lorsque la sonde est en rotation elle résiste aux changements d'orientation pareffet gyroscopique.
↑Sur la sondeGalileo qui était également stabilisée par rotation, les instruments d'observation à distance étaient regroupés sur une plateforme qui tournait en sens inverse de la sonde pour maintenir le pointage de ceux-ci dans une direction fixe. Mais ce dispositif complexe s'était révélé très coûteux.
↑Une dose instantanée de cinq à dix sieverts est fatale pour un être humain.
↑Jupiter, maître des dieux de la mythologie romaine, trompe sa femme Junon avecIo, en dissimulant son acte sous une couche de nuages entourant la Terre. Mais son épouse, grâce à ses talents de déesse, parvient à dévoiler Jupiter.
↑L'équipe scientifique développant le radiomètre souhaitait une vitesse élevée qui permettait un balayage plus fréquent de la planète tandis que l'équipe responsable du magnétomètre redoutait que lesviseurs d'étoiles, qui jouent un rôle essentiel dans les mesures effectuées, ne parviennent à déterminer l'orientation de la sonde à cette vitesse.
↑Cette version du lanceur a été utilisée jusque-là une seule fois pour le lancement de la sonde spatialeNew Horizons versPluton le 19 janvier 2006.
↑Il faut compter au moins 78 jours après le lancement deJuno pour préparer le lancement deMSL.
↑Contenu de la lettre de Galilée « C'est ainsi que le 11 je vis une disposition de ce type (schéma de Jupiter et ses lunes). Il y avait seulement deux étoiles orientales et celle qui était en position médiane était trois fois plus distante de Jupiter que de celle qui était plus à l'est. De plus, la plus orientale était presque deux fois plus grande que l'autre, alors que pourtant la nuit précédente elles apparaissaient à peu près égales. Il était donc pour moi, établi et tranché sans aucun doute qu'il y avait dans le ciel trois étoiles errant autour de Jupiter, à la façon de Vénus et de Mercure autour du Soleil ».
↑Le mode survie est déclenché lorsque l'ordinateur détecte une situation anormale. Il entraîne un arrêt de toutes les opérations en cours, parfois à tort (principe de précaution) et se traduirait dans le cas présent par une perte de la mission (il n'y a qu'une seule occasion pour s'insérer en orbite autour de Jupiter).
↑L'objectif est de respecter la réglementation en matière deprotection planétaire qui vise à éviter la contamination par des micro-organismes d'origine terrestre des corps célestes pouvant abriter la vie, comme le satellite de JupiterEurope.
La première date est celle du lancement du lancement (du premier lancement s'il y a plusieurs exemplaires). Lorsqu'elle existe la deuxième date indique la date de lancement du dernier exemplaire. Si d'autres exemplaires doivent lancés la deuxième date est remplacée par un -. Pour les engins spatiaux autres que les lanceurs les dates de fin de mission ne sont jamais fournies.
La version du 30 août 2011 de cet article a été reconnue comme « bon article », c'est-à-dire qu'elle répond à des critères de qualité concernant le style, la clarté, la pertinence, la citation des sources et l'illustration.
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