Voyager 1 et Voyager 2
par Vincent Mollet
publié le 29 avril 2006, mis à jour le 1er mai 2006
Lancées en 1977, les sondes Voyager sont encore en service à l'heure actuelle. Après avoir survolé successivement les planètes Jupiter et Saturne, puis, dans le cas de Voyager 2, Uranus et Neptune, ces deux sondes poursuivent leur impressionnante odyssée en quittant progressivement le Système Solaire...
MISSIONS
Concept
La mission des sondes Voyager a été conçue afin de tirer parti d'un arrangement géométrique rare des quatre planètes géantes de notre Système Solaire, à la fin des années 1970 et dans les années 1980. Cette disposition des planètes Jupiter, Saturne, Uranus et Neptune (qui ne se présente que tous les 175 ans environ, d'après nos sources) permettait à une sonde de profiter de la gravité de Jupiter pour être déviée vers Saturne, de celle de Saturne pour rejoindre Uranus et de celle d'Uranus pour atteindre Neptune.
Bien que l'on avait reconnu la faisabilité de missions qui survoleraient ces quatre planètes, des raisons budgétaires avaient entraîné la décision de se limiter à deux sondes qui survoleraient chacune Jupiter et Saturne.
Plus de 10.000 trajectoires furent étudiées avant le choix de celles qui permettraient des survols de Jupiter et de son satellite Io ainsi que de Saturne et de son satellite Titan, tout en préservant, pour l'une des sondes, la possibilité de continuer sa mission vers Uranus et Neptune.
Lancements
Le 20 août 1977, la sonde Voyager 2 décollait du Kennedy Space Center, en Floride (USA), propulsée par un lanceur Titan-Centaur.
Quelques jours plus tard, le 5 septembre de la même année, sa sœur jumelle Voyager 1 était lancée à l'aide d'une fusée similaire, mais sur une trajectoire plus rapide. Le 15 décembre 1977, elle surpassait d'ailleurs Voyager 2 en termes de distance par rapport au Soleil.
Jupiter
Voyager 1 atteignit Jupiter le 5 mars 1979. Le 9 juillet de la même année, Voyager 2 la survolait à son tour. Bien que les valeurs renseignées varient de l'une de nos sources à l'autre, celles-ci s'accordent pour dire que Voyager 1 passa plus près de la planète (selon les sources, à 206.700 km ou à 277.500 km du sommet des nuages) que ne le fit Voyager 2 (selon les sources, à 570.000 km ou à 650.500 km).
Voyager 1 prit environ 18.000 images de Jupiter et de ses satellites ; Voyager 2 en obtint un nombre à peu près équivalent.
Les deux sondes permirent notamment la découverte de nouveaux satellites joviens, d'un anneau autour de Jupiter et de volcanisme actif sur le satellite Io.
Saturne
Après Jupiter, les deux sondes se dirigèrent vers Saturne, qu'elles survolèrent respectivement le 12 novembre 1980 (pour Voyager 1) et le 25 août 1981 (pour Voyager 2).
La trajectoire de Voyager 1, conçue pour faire passer la sonde à proximité de Titan (le plus gros satellite de Saturne), la fit ensuite sortir du plan de l'écliptique. Selon les sources, Voyager 1 passa à 64.200 km ou à 124.000 km du sommet des nuages de la planète.
Voyager 2, par contre, devait passer par un point où la gravité de Saturne la dévierait automatiquement vers Uranus. Suivant nos sources, elle survola Saturne à une distance de 41.000 km ou 100.800 km.
Voyager 1 prit environ 16.000 images de Saturne, de ses anneaux et de ses satellites ; Voyager 2 en obtint plus ou moins le même nombre.
De nouveaux satellites de Saturne furent découverts grâce à ces sondes.
Uranus
Après le survol de Saturne par Voyager 2, il parut probable que cette sonde serait capable de rejoindre Uranus tout en restant opérationnelle. Il fut décidé de procéder au survol de cette planète et même de poursuivre ensuite la mission vers Neptune.
Alors que Saturne fut la dernière planète survolée par Voyager 1, sa sœur jumelle en rencontra donc encore deux autres par la suite.
Le 24 janvier 1986, Voyager 2 passait à 81.500 km du sommet des nuages d'Uranus, devenant la première sonde (et la seule à ce jour) à survoler cette planète. Elle en obtint, ainsi que de ses satellites, environ 8000 images.
Voyager 2 permit la découverte de plusieurs satellites d'Uranus ainsi que d'un champ magnétique autour de cette planète.
Neptune
Le dernier survol planétaire effectué par une sonde Voyager fut celui de Neptune par Voyager 2, le 25 août 1989 (12 ans après son lancement). Tout comme pour Uranus, Voyager 2 reste, à l'heure actuelle, la seule sonde à avoir survolé Neptune. D'après nos sources, cette planète fut même celle dont Voyager 2 s'approcha le plus, la survolant à une distance de 5000 km. La sonde prit environ 10.000 images de la planète et de ses satellites.
Voyager 2 permit la découverte de plusieurs satellites de Neptune.
Mission interstellaire
Après son survol de Neptune, Voyager 2 fut, à son tour, déviée hors du plan de l'écliptique. Les deux sondes quittent à présent progressivement le Système Solaire.
Voyager 1 s'éloigne du Soleil à une vitesse avoisinant les 520 millions de kilomètres par an, au nord du plan de l'écliptique.
Le 14 février 1990, la sonde réalisa la première "photo de famille" du Système Solaire : une mosaïque d'images où l'on peut voir le Soleil et six des planètes (Vénus, la Terre, Jupiter, Saturne, Uranus et Neptune).
Depuis le 17 février 1998, Voyager 1 est l'objet le plus éloigné fait par l'Homme (titre qui revenait précédemment à la sonde Pioneer 10).
En décembre 2004, elle a franchi une limite appelée termination shock en anglais. Au-delà de cette limite, le vent solaire ralentit fortement, sous l'effet du gaz interstellaire.
Voyager 2 s'éloigne quant à elle du Soleil à la vitesse d'environ 470 millions de kilomètres par an, au sud du plan de l'écliptique.
En juillet 2003, Voyager 1 se trouvait à une distance de 13,3 milliards de kilomètres (88 UA) du Soleil - plus de deux fois la distance moyenne entre le Soleil et Pluton - et Voyager 2, à 10,6 milliards de kilomètres (70 UA).
L'une comme l'autre nous envoient encore des informations scientifiques sur l'espace interplanétaire (en étudiant notamment le champ magnétique et le vent solaires) et devraient encore le faire jusqu'en 2020. Comme expliqué plus loin, la puissance que peuvent produire les générateurs des deux sondes diminue petit à petit. C'est en principe de cette diminution de puissance que finira par venir la fin de leurs missions, lorsque les Voyager ne seront plus capables de fournir l'énergie nécessaire à leurs opérations scientifiques.
SONDES
Masse
Selon le NSSDC : masse " sèche " en orbite : 721,9 kg
Selon le JPL : 2100 kg au lancement, 825 kg durant la mission
Dimensions
La structure de base de chacune des sondes Voyager consiste en une sorte de boîte dont la forme est celle d'un décagone possédant une certaine épaisseur. Une antenne parabolique à gain élevé de 3,66 m de diamètre est fixée sur cette boîte. La plupart des instruments scientifiques se situent sur une perche s'étendant jusqu'à environ 2,5 m de la sonde. Les magnétomètres sont situés sur une autre perche (de 13 m de long). Une troisième perche contient les générateurs thermoélectriques à radio-isotopes produisant l'énergie nécessaire à la mission. La sonde est également munie de deux antennes de 10 m, perpendiculaires l'une à l'autre et servant à ses instruments scientifiques PRA et PWS.
Energie
L'énergie nécessaire à chaque sonde est produite par ses trois générateurs thermoélectriques à radio-isotopes (RTG - Radioisotope Thermoelectric Generators). Chacun de ces RTG a la forme d'un cylindre de 40,6 cm de diamètre pour 50,8 cm de hauteur. Ils produisent de l'électricité à partir de la chaleur émise par la décroissance d'une source radioactive, en l'occurrence du plutonium 238, sous la forme d'oxyde de plutonium (PuO2).
Au fur et à mesure de la décroissance de ce plutonium, la puissance produite par les RTG diminue. Lors du lancement de la mission en 1977, elle était d'environ 470 W pour chaque sonde (l'électricité produite l'étant sous la forme d'un courant continu à une tension de 30 V). Elle n'était plus que de 335 W environ, par sonde, au début de l'année 1997, de 315 W au début de l'année 2001. L'une de nos sources, datant d'octobre 2005, mentionne une puissance produite d'environ 295 W par sonde à cette époque, avec un taux moyen de dégradation de plus ou moins 4,4 W par an.
Plus la puissance fournie est faible, plus les possibilités opérationnelles de la sonde sont limitées. Les estimations indiquent cependant que les deux Voyager pourront continuer à envoyer des informations scientifiques jusqu'aux environs de l'année 2020.
Golden Record
Les sondes Voyager sont munies chacune d'un disque de cuivre plaqué or sur lequel ont été enregistrés des images et des sons destinés à montrer la diversité de la vie et de la culture sur Terre (bruits d'animaux, de vent et de tonnerre, sélections musicales, salutations en 55 langues…).
Voyager 1 et 2 embarquent également du matériel permettant de jouer ce disque et des instructions, en langage symbolique, expliquant comment s'y prendre pour ce faire et décrivant l'origine de la sonde.
Une source extrêmement pure d'uranium 238, qui y est jointe, est destinée à permettre de déterminer le temps écoulé depuis le lancement, en se basant sur le rapport entre la quantité d'éléments produits par la décroissance de cet uranium et la quantité d'uranium restante.
Instruments
Cosmic Ray Subsystem (CRS) - Plasma Investigation (PLS) - Low-Energy Charged Particle Detector (LECP)
Ces trois instruments sont des détecteurs de particules, destinés à l'étude des rayons cosmiques, du vent solaire, des magnétosphères de Jupiter, Saturne, Uranus et Neptune…
Magnetometer (MAG)
Cet instrument était destiné à mesurer les variations du champ magnétique solaire en fonction du temps et de la distance, à étudier les champs magnétiques des planètes rencontrées et leurs interactions avec les satellites et anneaux.
Planetary Radio Astronomy (PRA) & Plasma Wave Subsystem (PWS)
Le PRA et le PWS sont des récepteurs d'ondes radio, le premier pour des fréquences de 20,4 kHz à 1300 kHz et de 2,3 MHz à 40,5 MHz et le second pour des fréquences de 10 Hz à 56 kHz. Ils étaient destinés à l'écoute des signaux radio émis par le Soleil, les planètes, les magnétosphères…
Photopolarimeter Subsystem
Cet instrument mesurant l'intensité et la polarisation de la lumière à huit longueurs d'onde entre 235 nm et 750 nm, devait étudier les atmosphères de Jupiter et Saturne, les anneaux de cette dernière, la texture et la composition probable des surfaces de leurs satellites… Durant les survols planétaires, devait également être menée une recherche d'éclairs et d'aurores.
Infrared Interferometer Spectrometer and Radiometer (IRIS)
IRIS devait être à même de permettre aux scientifiques de déterminer la température d'un corps, de repérer la présence de certaines substances dans une atmosphère ou sur une surface et de mesurer quelle proportion de la lumière solaire reçue par un corps était réfléchie par ce dernier.
Ultraviolet Spectrometer (UVS)
Cet instrument sensible aux rayons ultraviolets devait permettre de détecter la présence de certains atomes ou ions, qui absorbent certaines fréquences de lumière.
Imaging Science Subsystem (ISS)
Cet instrument se compose de deux caméras : la Wide Angle Camera et la Narrow Angle Camera.
Tous les instruments de Voyager 2 ont envoyé des données utiles. Ce fut également le cas de tous ceux de Voyager 1, à l'exception de son Photopolarimeter Subsystem (qui ne fonctionna pas).
D'après l'une de nos sources, datant d'octobre 2005, il restait alors, pour chacun des instruments PLS, LECP, CRS, MAG, PWS, PRA et UVS, au moins une sonde Voyager à bord de laquelle cet instrument était encore en service.
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Une sonde Voyager et ses instruments. Source : NASA/JPL-Caltech
Lancement de Voyager 2 par une fusée Titan-Centaur. Source : NASA/JPL-Caltech
Vue d'artiste d'une sonde Voyager. Source : NASA/JPL-Caltech
Le Golden Record des Voyager. Source : NASA/JPL-Caltech |
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