Sonde solaire Parker - Parker Solar Probe

Sonde solaire Parker
Modèle numérique d'un vaisseau spatial avec un bus attaché à un plus grand pare-soleil.  Deux petits panneaux solaires sont fixés sur le côté du bus, ainsi que quatre antennes orientées vers l'arrière.
Une interprétation artistique de la sonde solaire Parker.
Noms Solar Probe (avant 2002)
Solar Probe Plus (2010–2017)
Parker Solar Probe (depuis 2017)
Type de mission Héliophysique
Opérateur NASA / Laboratoire de physique appliquée
Identifiant COSPAR 2018-065A
SATCAT 43592
Site Internet parkersolarprobe .jhuapl .edu
Durée de la mission 7 ans (prévu)
écoulés : 3 ans, 1 mois et 15 jours
Propriétés du vaisseau spatial
Fabricant Laboratoire de physique appliquée
Lancer la masse 685 kg (1 510 lb)
Masse sèche 555 kg (1 224 lb)
Masse de charge utile 50 kg (110 lb)
Dimensions 1,0 m × 3,0 m × 2,3 m (3,3 pi × 9,8 pi × 7,5 pi)
Puissance 343 W (à l'approche la plus proche)
Début de mission
Date de lancement 12 août 2018, 07:31 UTC
Fusée Delta IV Lourd / Star-48BV
Site de lancement Cap Canaveral , SLC-37
Prestataire Alliance de lancement unie
Paramètres orbitaux
Système de référence Orbite héliocentrique
Demi-grand axe 0,388 UA (58,0 millions de km ; 36,1 millions de mi)
Altitude au périhélie 0,046 AU (6.900.000 km, 4,3 millions de mi, 9,86  R )
Altitude de l'aphélie 0,73 UA (109 millions de km ; 68 millions de mi)
Inclination 3.4°
Période 88 jours
soleil
Transpondeurs
Bande Bande K a Bande
X
Illustration du vaisseau spatial à côté du Soleil, enfermée dans un cercle avec une bordure jaune.  Les mots "Parker Solar Probe" sont placés à l'intérieur de la bordure, tandis que les mots "a mission to touch the Sun" sont écrits en ligne dans une police plus petite en bas à droite de l'image.
L'insigne officiel de la mission Parker Solar Probe.  

La Parker Solar Probe (en abrégé PSP ; anciennement Solar Probe , Solar Probe Plus ou Solar Probe+ ) est une sonde spatiale de la NASA lancée en 2018 avec pour mission de faire des observations de la couronne extérieure du Soleil . Il s'approchera à moins de 9,86 rayons solaires (6,9 millions de km ou 4,3 millions de miles) du centre du Soleil et, d'ici 2025, se déplacera, à l'approche la plus proche, à une vitesse de 690 000 km/h (430 000 mph), soit 0,064% du vitesse de la lumière .

Le projet a été annoncé au cours de l'exercice budgétaire 2009. Le coût du projet est de 1,5 milliard de dollars. Le laboratoire de physique appliquée de l'Université Johns Hopkins a conçu et construit le vaisseau spatial, qui a été lancé le 12 août 2018. Il est devenu le premier vaisseau spatial de la NASA nommé d'après une personne vivante, en l'honneur du physicien nonagénaire Eugene Newman Parker , professeur émérite à l' Université de Chicago .

Une carte mémoire contenant les noms de plus de 1,1 million de personnes a été montée sur une plaque et installée sous l'antenne à gain élevé du vaisseau spatial le 18 mai 2018. La carte contient également des photos de Parker et une copie de son article scientifique de 1958 prédisant des aspects importants de l' énergie solaire. physique .

Le 29 octobre 2018, vers 18h04 UTC, le vaisseau spatial est devenu l'objet artificiel le plus proche du Soleil. Le précédent record, 42,73 millions de kilomètres (26,55 millions de miles) de la surface du Soleil, a été établi par le vaisseau spatial Helios 2 en avril 1976. À partir de son périhélie le 29 avril 2021, l'approche la plus proche de Parker Solar Probe est de 10,5 millions de kilomètres (6,5 millions de miles ). Celui-ci sera dépassé après chaque survol successif de Vénus .

Histoire

Un essai de barre lumineuse dans l' installation de traitement d' Astrotech .
Le lancement de la sonde.

Le concept Parker Solar Probe trouve son origine dans le rapport de 1958 du Fields and Particles Group (Committee 8 of the National Academy of Sciences ' Space Science Board ) qui proposait plusieurs missions spatiales dont « une sonde solaire pour passer à l'intérieur de l'orbite de Mercure pour étudier le particules et champs au voisinage du Soleil". Des études dans les années 1970 et 1980 ont réaffirmé son importance, mais elle a toujours été reportée en raison du coût. Une mission Solar Orbiter à coût réduit a été étudiée dans les années 1990, et une mission Solar Probe plus performante a été l'une des pièces maîtresses du programme éponyme Outer Planet/Solar Probe (OPSP) formulé par la NASA à la fin des années 1990. Les trois premières missions du programme devaient être : la mission Solar Orbiter , la mission de reconnaissance des ceintures Pluton et Kuiper Pluto Kuiper Express et la mission d'astrobiologie Europa Orbiter centrée sur Europa .

La conception originale de la sonde solaire utilisait une assistance gravitationnelle de Jupiter pour entrer dans une orbite polaire qui tombait presque directement vers le Soleil. Alors que cela explorait les pôles solaires importants et se rapprochait encore plus de la surface (3 R , un périhélie de 4 R ), la variation extrême de l'irradiance solaire rendait une mission coûteuse et nécessitait un générateur thermique à radio - isotopes pour l'alimentation. Le voyage vers Jupiter s'est aussi fait pour une longue mission ( 3+12 ans au premier périhélie solaire, 8 ans au deuxième).

Suite à la nomination de Sean O'Keefe comme administrateur de la NASA , l' intégralité du programme OPSP a été annulée dans le cadre de la demande du président George W. Bush pour le budget fédéral 2003 des États - Unis . L'administrateur O'Keefe a évoqué la nécessité d'une restructuration de la NASA et de ses projets, conformément au souhait de l'administration Bush que la NASA se recentre sur "la recherche et le développement et résolve les lacunes de la gestion".

L'annulation du programme a également entraîné l'annulation initiale de New Horizons , la mission qui a finalement remporté le concours pour remplacer Pluto Kuiper Express dans l'ancien programme OPSP. Cette mission, qui sera finalement lancée en tant que première mission du programme Nouvelles frontières , successeur conceptuel du programme OPSP, subira une longue bataille politique pour obtenir le financement de son lancement, qui a eu lieu en 2006.

Au début des années 2010, les plans de la mission Solar Probe ont été intégrés à une Solar Probe Plus à moindre coût . La mission repensée utilise plusieurs assistances gravitationnelles de Vénus pour une trajectoire de vol plus directe, qui peut être alimentée par des panneaux solaires . Il a également un périhélie plus élevé, ce qui réduit les exigences du système de protection thermique.

En mai 2017, le vaisseau spatial a été rebaptisé Parker Solar Probe en l'honneur de l'astrophysicien Eugene Newman Parker , qui a inventé le terme « vent solaire ». La sonde solaire a coûté 1,5 milliard de dollars à la NASA . La fusée de lancement portait une dédicace à la mémoire de l'ingénieur APL Andrew A. Dantzler qui avait travaillé sur le projet.

Vaisseau spatial

Les tests thermiques de l'engin spatial.
La sonde solaire Parker de la NASA lors de tests environnementaux approfondis.

Le Parker Solar Probe est le premier vaisseau spatial à voler dans la faible couronne solaire. Il évaluera la structure et la dynamique du plasma coronal et du champ magnétique du Soleil, le flux d'énergie qui chauffe la couronne solaire et propulse le vent solaire, et les mécanismes qui accélèrent les particules énergétiques.

Les systèmes du vaisseau spatial sont protégés de la chaleur extrême et du rayonnement près du Soleil par un bouclier solaire. Le rayonnement solaire incident au périhélie est d'environ650 kW/m 2 , soit 475 fois l' intensité en orbite terrestre . Le bouclier solaire est hexagonal, monté sur le côté face au soleil du vaisseau spatial, de 2,3 m (7 pi 7 po) de diamètre, 11,4 cm (4,5 po) d'épaisseur, et est fait de composite carbone-carbone renforcé , conçu pour résister à des températures à l'extérieur du vaisseau spatial d'environ 1 370 °C (2 500 °F).

Une couche de surface d' alumine réfléchissante blanche minimise l'absorption. Les systèmes du vaisseau spatial et les instruments scientifiques sont situés dans la partie centrale de l'ombre du bouclier, où le rayonnement direct du Soleil est complètement bloqué. Si le bouclier n'était pas entre le vaisseau spatial et le Soleil, la sonde serait endommagée et deviendrait inopérante en quelques dizaines de secondes. Comme la communication radio avec la Terre prendra environ huit minutes dans chaque direction, la sonde solaire Parker devra agir de manière autonome et rapide pour se protéger. Cela se fera à l'aide de quatre capteurs de lumière pour détecter les premières traces de lumière directe du soleil provenant des limites du bouclier et en engageant les mouvements des roues de réaction pour repositionner à nouveau le vaisseau spatial dans l'ombre. Selon le scientifique du projet Nicky Fox, l'équipe le décrit comme "le vaisseau spatial le plus autonome qui ait jamais volé".

L'alimentation principale de la mission est un double système de panneaux solaires ( champs photovoltaïques ). Un champ photovoltaïque primaire, utilisé pour la partie de la mission à l'extérieur0,25 au , est rétracté derrière le bouclier d'ombre lors de l'approche rapprochée du Soleil, et un réseau secondaire beaucoup plus petit alimente le vaisseau spatial lors de l'approche la plus proche. Ce réseau secondaire utilise un refroidissement par fluide pompé pour maintenir la température de fonctionnement des panneaux solaires et de l'instrumentation.

Trajectoire

Une animation de la trajectoire de Parker Solar Probe du 7 août 2018 au 29 août 2025 :
  Sonde solaire Parker  ·   Soleil  ·   Mercure  ·   Vénus  ·   Terre
Pour une animation plus détaillée, voir cette vidéo.

La conception de la mission Parker Solar Probe utilise des assistances gravitationnelles répétées à Vénus pour diminuer progressivement son périhélie orbital afin d'atteindre une altitude finale (au-dessus de la surface) d'environ 8,5 rayons solaires, soit environ 6 × 10 6  km (3,7 × 10 6  mi; 0,040 au ). La trajectoire du vaisseau spatial comprendra sept survols de Vénus sur près de sept ans pour réduire progressivement son orbite elliptique autour du Soleil, pour un total de 24 orbites. L'environnement de rayonnement proche du Soleil devrait provoquer des effets de charge des engins spatiaux, des dommages causés par les radiations aux matériaux et à l'électronique et des interruptions de communication, de sorte que l'orbite sera hautement elliptique avec de courtes périodes passées près du Soleil. ^^

La trajectoire nécessitant une énergie de lancement élevée, la sonde a donc été lancée sur un lanceur de classe Delta IV Heavy et un étage supérieur basé sur le moteur de fusée solide Star 48BV . Les assistances gravitationnelles interplanétaires fourniront une décélération supplémentaire par rapport à son orbite héliocentrique , ce qui se traduira par un record de vitesse héliocentrique au périhélie . Lorsque la sonde passera autour du Soleil , elle atteindra une vitesse allant jusqu'à 200 km/s (120 mi/s), ce qui en fera temporairement l'objet fabriqué par l'homme le plus rapide, presque trois fois plus rapide que le précédent détenteur du record, Hélios-2 . Comme tout objet en orbite, en raison de la gravité, le vaisseau spatial accélérera à l'approche du périhélie, puis ralentira à nouveau jusqu'à ce qu'il atteigne son aphélie .

Mission

Lancement de Parker Solar Probe en 2018.
L'objectif global est d'améliorer la compréhension de l'étoile de la Terre, le Soleil - un corps astronomique d'un impact immense sur la Terre et le système solaire en raison de sa libération de lumière et de vent solaire, en plus de sa forte gravité. Le vaisseau spatial doit faire face à ces forces alors qu'il s'approche plus près du Soleil que n'importe quelle sonde avant lui.

Dans chaque orbite de la sonde solaire Parker autour du Soleil, la partie à moins de 0,25 UA est la phase scientifique, au cours de laquelle la sonde effectue des observations de manière active et autonome. La communication avec la sonde est largement coupée dans cette phase. Les phases scientifiques se déroulent pendant quelques jours avant et après chaque périhélie. Ils ont duré 11,6 jours pour le premier périhélie et tomberont à 9,6 jours pour le dernier périhélie le plus proche.

Une grande partie du reste de chaque orbite est consacrée à la transmission des données de la phase scientifique. Mais pendant cette partie de chaque orbite, il y a encore des périodes où la communication n'est pas possible. Premièrement, l'exigence que l'écran thermique de la sonde soit pointé vers le Soleil place parfois l'écran thermique entre l'antenne et la Terre. Deuxièmement, même lorsque la sonde n'est pas particulièrement près du Soleil, lorsque l'angle entre la sonde et le Soleil (vu de la Terre) est trop petit, le rayonnement du Soleil peut submerger le lien de communication.

Objectifs scientifiques

Une taille apparente du Soleil vue de Parker Solar Probe au périhélie par rapport à sa taille apparente vue de la Terre.

Les objectifs de la mission sont :

  • Tracez le flux d'énergie qui chauffe la couronne et accélère le vent solaire .
  • Déterminer la structure et la dynamique des champs magnétiques aux sources du vent solaire.
  • Déterminer quels mécanismes accélèrent et transportent les particules énergétiques.

Instruments

L'instrument EPI-Lo pour IS☉IS est préparé.

Pour atteindre ces objectifs, la mission réalisera cinq expériences ou investigations majeures :

  • Enquête scientifique intégrée sur le Soleil ( IS☉IS ) – Cette enquête mesurera les électrons énergétiques , les protons et les ions lourds . La suite d'instruments comprend deux instruments à particules énergétiques indépendants, l'EPI-Hi et l'EPI-Lo qui étudient les particules d'énergie supérieure et inférieure. Le chercheur principal est David McComas, de l'Université de Princeton .

Chronologie

Après le premier survol de Vénus , la sonde sera sur une orbite elliptique avec une période de 150 jours (les deux tiers de la période de Vénus), faisant trois orbites alors que Vénus en fait deux. Au deuxième survol, le délai passe à 130 jours. Après moins de deux orbites (seulement 198 jours plus tard), il rencontre Vénus une troisième fois à un point plus tôt dans l'orbite de Vénus. Cette rencontre raccourcit sa période à la moitié de celle de Vénus, soit environ 112,5 jours. Après deux orbites, elle rencontre Vénus une quatrième fois à peu près au même endroit, réduisant sa période à environ 102 jours. Après 237 jours, il rencontre Vénus pour la cinquième fois et sa période est réduite à environ 96 jours, les trois septièmes de celle de Vénus. Elle fait alors sept orbites tandis que Vénus en fait trois. La sixième rencontre, près de deux ans après la cinquième, ramène sa période à 92 jours, les deux cinquièmes de celle de Vénus. Après cinq autres orbites (deux orbites de Vénus), elle rencontre Vénus pour la septième et dernière fois, diminuant sa période à 88 ou 89 jours et lui permettant de se rapprocher du Soleil .

La vitesse de la sonde et la distance au Soleil, du lancement jusqu'en 2026. Événements : : Périhélie ; : Survol de Vénus

Liste des événements

Liste des événements
Année Date Événement Distance
du soleil (Gm)
Vitesse
(km/s)
Période orbitale
(jours)
Remarques
Altitude de survol au-
dessus de Vénus
Étape de
l'orbite de Parker

Orbite intérieure/extérieure de Vénus
2018 12 août
07:31 UTC
Lancer 151,6 174
3 octobre
08:44 UTC
Survol de Vénus #1 2548 km Entrant À l'intérieur Les survols 1 et 2 se produisent au
même point de l'orbite de Vénus
.
6 novembre
03:27 UTC
Périhélie #1 24,8 95 150 Phase de rencontre solaire
31 octobre – 11 novembre
2019 4 avril
22:40 UTC
Périhélie #2 Phase de rencontre solaire
30 mars – 10 avril
1er septembre
17h50 UTC
Périhélie #3 Phase de rencontre solaire
16 août – 20 septembre
26 décembre
18:14 UTC
Survol de Vénus #2 3023 km Entrant À l'intérieur Les survols 1 et 2 se produisent au
même point de l'orbite de Vénus
.
2020 29 janvier
09:37 UTC
Périhélie #4 19.4 109 130 Phase de rencontre solaire
23 janvier – 29 février
7 juin
08:23 UTC
Périhélie #5 Phase de rencontre solaire
9 mai – 28 juin
11 juillet
03:22 UTC
Survol de Vénus #3 834 km Sortant À l'extérieur Les survols 3 et 4 se produisent au
même point de l'orbite de Vénus
.
27 septembre Périhélie #6 14.2 129 112,5
2021 17 janvier Périhélie #7
20 février Survol de Vénus #4 2392 km Sortant À l'extérieur Les survols 3 et 4 se produisent au
même point de l'orbite de Vénus
.
29 avril Périhélie #8 11.1 147 102
9 août Périhélie #9
16 octobre Survol de Vénus #5 3786 km Entrant À l'intérieur Les survols 5 et 6 se produisent au
même point de l'orbite de Vénus
.
21 novembre Périhélie #10 9.2 163 96
2022 25 février Périhélie #11
1 juin Périhélie #12
6 septembre Périhélie #13
11 décembre Périhélie #14
2023 17 mars Périhélie #15
22 juin Périhélie #16
21 août Survol de Vénus #6 3939 km Entrant À l'intérieur Les survols 5 et 6 se produisent au
même point de l'orbite de Vénus
.
27 septembre Périhélie #17 7.9 176 92
29 décembre Périhélie #18
2024 30 mars Périhélie #19
30 juin Périhélie #20
30 septembre Périhélie #21
6 novembre Survol de Vénus #7 317 km Sortant À l'extérieur
24 décembre Périhélie #22 6.9 192 88
2025 22 mars Périhélie #23
29 juin Périhélie #24
15 septembre Périhélie #25
12 décembre Périhélie #26

Historique des opérations

Le deuxième survol de Vénus le 26 décembre 2019. La vitesse diminue de 2,9 km/s à 26 km/s (cercle rouge), déplaçant le vaisseau spatial vers une nouvelle orbite plus proche du Soleil.
Survol de Vénus
  • Le lancement a eu lieu le 12 août 2018, à 07h31 UTC. Le vaisseau spatial a fonctionné nominalement après le lancement. Au cours de sa première semaine dans l'espace, il a déployé son antenne à gain élevé, sa flèche de magnétomètre et ses antennes à champ électrique. Le vaisseau spatial a effectué sa première correction de trajectoire programmée le 20 août 2018, alors qu'il se trouvait à 8,8 millions de km de la Terre, et se déplaçait à 63 569 kilomètres par heure (39 500 mph).
  • L'activation et les tests de l'instrument ont commencé début septembre 2018. Le 9 septembre 2018, les deux caméras télescopiques WISPR ont effectué avec succès un test à la première lumière , transmettant des images grand angle du ciel en arrière-plan vers le centre galactique .
  • La sonde a effectué avec succès le premier des sept survols de Vénus prévus le 3 octobre 2018, où elle s'est approchée à environ 2 400 kilomètres (1 500 mi) de Vénus afin de réduire la vitesse de la sonde et son orbite plus proche du Soleil.
  • Les premières observations scientifiques ont été transmises en décembre 2018.
  • La NASA a annoncé que le 19 janvier 2019, la sonde solaire Parker avait atteint son premier aphélie, achevant ainsi sa première orbite complète. Selon le système Horizons, le 20 janvier 2019 à 01h12 UTC, le vaisseau spatial a atteint une distance de 0,9381 au.
  • Le 12 novembre 2019, les données des deux premiers survols du Soleil (31 octobre – 12 novembre 2018 et 30 mars – 19 avril 2019) ont été rendues publiques.
  • Le 15 septembre 2020, les données de la quatrième orbite autour du Soleil, y compris ses deux premiers survols de Vénus, ont été rendues publiques.

Résultats

Le 4 décembre 2019, les quatre premiers articles de recherche ont été publiés, décrivant les résultats des deux premières plongées du vaisseau spatial près du Soleil. Ils ont rapporté la direction et la force du champ magnétique du Soleil et ont décrit les changements inhabituellement fréquents et de courte durée dans la direction du champ magnétique du Soleil. Ces mesures confirment l'hypothèse selon laquelle les ondes d'Alfvén sont les principaux candidats pour comprendre les mécanismes qui sous-tendent le problème de l'échauffement coronal . La sonde a observé environ un millier d'ondes magnétiques "voyous" dans l'atmosphère solaire qui augmentent instantanément les vents solaires jusqu'à 300 000 miles par heure (480 000 km/h) et, dans certains cas, inversent complètement le champ magnétique local . Ils ont également signalé qu'en utilisant le "faisceau d'électrons qui circulent le long du champ magnétique", ils ont pu observer que "les inversions du champ magnétique du Soleil sont souvent associées à des améliorations localisées de la composante radiale de la vitesse du plasma (la vitesse dans la direction opposée au centre du Soleil)". Les chercheurs ont découvert une " composante azimutale étonnamment grande de la vitesse du plasma (la vitesse perpendiculaire à la direction radiale). Cette composante résulte de la force avec laquelle la rotation du Soleil projette le plasma hors de la couronne lorsque le plasma est libéré du champ magnétique coronal ".

Parker a découvert des preuves d'une zone exempte de poussière cosmique d' un rayon de 3,5 millions de miles (5,6 millions de kilomètres) du Soleil, en raison de la vaporisation des particules de poussière cosmique par le rayonnement du Soleil.

Voir également

Vaisseau spatial d'observation du soleil
  • Observatoire solaire et héliosphérique  – Observatoire spatial européen étudiant le Soleil et son vent solaire ; mission clé du programme scientifique de l'ESA, lancée en 1995
  • Observatoire de la dynamique solaire , SDO , lancé en 2010
  • Helios  - Paire de sondes en orbite solaire lancées en 1974-76 par les agences spatiales américaine et ouest-allemande, une paire de sondes spatiales lancées dans les années 1970 pour approcher le Soleil à l'intérieur de l'orbite de Mercure , 63  R
  • Solar Orbiter  – Observatoire solaire européen étudiant l'héliosphère du Soleil ; mission de classe moyenne dans le programme scientifique de l'ESA (lancé en 2020), 60  R
  • STÉRÉO , lancé en 2006
  • TRACE  – Transition Region and Coronal Explorer, un observatoire héliophysique et solaire de la NASA 1998-2010, lancé en 1998
  • VENT , lancé en 1994
  • Ulysse  – 1990 sonde spatiale robotisée ; a étudié le Soleil à partir d'une orbite quasi polaire (ne portait pas de caméra, et étudié à partir de 1,35 au lointain)
Conception de vaisseau spatial

Remarques

Les références

Liens externes

Médias liés à Parker Solar Probe sur Wikimedia Commons