Rosetta et Philae

Exploit extraordinaire de l'ESA

Philae, le robot transporté par la sonde Rosetta, s'est posé sur la comète 67P/Churyumov–Gerasimenko le 12 novembre 2014. Largué à 9H35, heure de Paris, à une distance de 22,5 km du centre de la comète, le robot sans propulsion, a touché le sol sablonneux de la comète, 7 heures plus tard à la vitesse d'environ 1 m/s. Le site sur lequel Philae a atterri porte le nom de Agilkia (voir nota).
C'est le premier atterrissage cométaire jamais tenté par l'homme. Pour parvenir sur Terre, le signal confirmant cet atterrissage historique a mis environ 40 minutes et est arrivé à 16h03 UTC. La confirmation a été relayée par l'orbiteur Rosetta et captée simultanément par la station au sol de l'ESA à Malargüe, en Argentine et la station de la NASA à Madrid en Espagne. Les premières données issues des instruments de l'atterrisseur ont été transmises au Centre de navigation de l'agence spatiale à Toulouse en France. Un atterrissage sur une comète aussi petite est un véritable exploit compte tenu de la gravité extrêmement faible de l'objet. Philae le robot-atterrisseur de 100 kg ne pèse que quelques grammes sur la surface de « Tchouri ».
Pendant dix ans, depuis le 2 mars 2004, Rosetta et Philae ont voyagé ensemble pour atteindre leur destination. Depuis le 6 Aout 2014, Rosetta tourne autour de la comète, analysant sa surface pour choisir un site d'atterrissage pour Philae. Le site d'atterrissage est situé sur la tête de l'objet à deux lobes, il a été choisi selon les images et les données recueillies à des distances de 30-100 km de la comète, seulement six semaines après l'arrivée. Au bout d'un très long voyage de 6,4 milliards de km, le 12 novembre 2014, Rosetta et Philae se sont séparés. L'objectif principal de la mission était d'atteindre la comète périodique Churyumov–Gerasimenko (1 passage tous les 6,59 ans), puis de poser Philae le robot-atterrisseur de 100 kg sur sa surface.
La sonde Rosetta de l'ESA a passé beaucoup de temps (la seconde moitié du mois d'Octobre 2014) en orbite autour de la comète, à moins de 10 km de sa surface. Des images magnifiques et inédites, prises par la caméra de navigation de Rosetta, nous sont parvenues durant cette période. Elles nous montrent ce monde inquiétant et mystérieux qui a emprisonné Philae pour la nuit des temps.

En réalité la comète est extrêmement sombre, bien plus sombre que sur l'image, plus noire que le charbon, mais la caméra a accentué la lumière et les ombres de cet ancien vestige de notre système solaire. Ces premières images ont révélé un monde jonché de rochers, de falaises et de fosses, et de précipices impressionnants.
"Dans les prochaines heures, nous allons apprendre exactement où et comment nous avons atterri, et nous allons commencer à obtenir autant de données scientifiques que nous pouvons à partir de la surface de ce monde fascinant." a déclaré Stephan Ulamec, directeur au Centre aérospatial allemand DLR.
La comète atteindra sa distance la plus proche du Soleil le 13 Aout 2015 à environ 185 millions de km entre les orbites de la Terre et de Mars. Rosetta suivra la comète et surveillera Philae tout au long de l'année 2015, s'éloignant du Soleil, puis Rosetta et Philae s'endormiront dans l'espace glacé du système solaire.

Image : Vue du sol de la comète Churyumov–Gerasimenko depuis une altitude de 10 km. La comète, aperçue sur des plaques photographiques en 1969, porte le nom de ses découvreurs, Klim Ivanovitch Tchourioumov et Svetlana Ivanovna Guérassimenko. La sonde Rosetta de l'ESA a passé beaucoup de temps (la seconde moitié d'Octobre 2014) en orbite autour de la comète à moins de 10 km de sa surface. Au bout d'un très long voyage de 6,4 milliards de km, le 12 novembre 2014, Rosetta et Philae se sont séparés. Rosetta suivra la comète et surveillera Philae tout au long de l'année 2015, s'éloignant du Soleil, Rosetta et Philae s'endormiront dans l'espace glacé de notre système solaire.
Crédit : Agence spatiale européenne - ESA.

Quel est le poids de Philae sur la comète Churyumov–Gerasimenko ?

La chance est avec Philae, malgré le dysfonctionnement du système d'accrochage, il est resté sur le sol de la comète. Le robot Philae s'est bien posé sur la comète Churyumov–Gerasimenko, à l'endroit prévu par les scientifiques, mais le harponnage qui devait fixer Philae au sol, s'est mal passé, les harpons étaient censés être projetés par un système explosif. Alors, Philae sous la poussée des amortisseurs, a « rebondi ».
Ce dysfonctionnement, qui aurait pu, pour toujours, éjecter le robot de la comète, n'a pas été catastrophique car Philae a atterri sur un sol mou. D'après l'astrophysicien Francis Rocard, si le sol avait été dur, Philae aurait subit un violent rebond, en effet le système ne s'est enfoncé que de 4 cm, alors que l'amplitude maximum de l'amortisseur est de 20 cm.

Ensuite, d'après Stephan Ulamec, responsable de l'atterrisseur, Philae a fait "un énorme bond", d'environ un kilomètre. A cause de la faible gravité ce bond s'est déroulé au ralenti et il a donc duré près de deux heures. Heureusement, l'atterrissage s'est bien terminé mais Philae a terminé sa course dans une position inconfortable, dans l'ombre et avec une patte dans le vide, ce qui va poser un problème pour recharger ses batteries.
Mais quel est le poids de Philae sur la comète ?
Pour calculer le poids de Philae sur Churyumov–Gerasimenko, c'est-à-dire la force de la pesanteur sur la comète, il faut utiliser plusieurs paramètres, la constante gravitationnelle G, l'accélération de la pesanteur g, la masse de la comète M, la masse de Philae m et le rayon de la comète R, ou plutôt R min et R max car ce n'est pas un objet sphérique.
G = 6,67384 10⁻¹¹ N.m².kg^-2 
g = G (M/R2) en m/s²
M = 1×10¹³ kg
m = 100 kg
R min et max = ≈0,65 km et ≈2,05 km, (dimensions des lobes de la comète) (4,1×3,2×1,3 km) + (2,5×2,5×2,0 km).
Il ne reste plus qu'à calculer la force gravitationnelle exercée par la comète sur Philae, où F=G ((Mm)/R²) newton ou m·kg·s^-2
La force gravitationnelle est de ≈0,01588 N au plus loin du centre de la comète et 0,1579 N au plus près.
Le poids de Philae est donc de ≈1,5 gramme au plus loin du centre de la comète et ≈15,7 grammes au plus près.
Les scientifiques doivent faire preuve de beaucoup de délicatesse pour piloter les instruments de Philae. Une très petite poussée incontrôlée, suffirait pour satelliser le robot et le perdre à jamais.

Image : Vue de la surface perturbée de la comète Churyumov–Gerasimenko prise par la caméra de Rosetta, depuis une altitude de quelques km. On comprend que sur cette surface chaotique, il fallait que le train d'atterrissage se déploie correctement, qu’un propulseur plaque parfaitement Philae sur le sol et que les harpons fonctionnent de façon synchrone pour fixer le robot sur le sol. Un atterrissage réussi sur une comète est une véritable prouesse.
Crédit : Agence spatiale européenne - ESA.