Osiris-Rex : la mission qui veut rapporter un échantillon d’astéroïde sur Terre

Osiris-Rex est une mission de la NASA qui a pour objectif d'étudier l'astéroïde Bennu et d'en ramener un échantillon. Comme toujours avec ce genre d'opération, le but est de mieux comprendre la formation des planètes et de la vie sur Terre.

Comme prévu, l'explosion de la fusée Falcon 9 sur son pas de tir à Cap Canaveral n'a pas eu d'influence sur le lancement d'Osiris-Rex, la nouvelle mission d'exploration spatiale de la NASA. Cette fois-ci, l'agence spatiale a jeté son dévolu sur l'astéroïde Bennu et veut en ramener un échantillon sur Terre.

Si tout va bien, le décollage aura lieu cette nuit à 1h05 avec une probabilité de 80 % pour le moment. La sonde sera installée sur une fusée Atlas V 411. Comme son nom l'indique, elle dispose donc d'un moteur d'appoint Atlas SRB et d'un moteur pour le second étage Centaur :

ICYMI: My rocket & I rolled from the Vertical Integration Facility to Space Launch Complex 41 today. #ToBennuAndBack pic.twitter.com/OtJr5JnPkQ

— OSIRIS-REx (@OSIRISREx) 7 septembre 2016

Un live sera proposé par la NASA et débutera près de 4h avant le lancement, mais les choses sérieuses commenceront réellement 1h30 avant l'heure prévue pour le décollage.

Troisième mission du programme New Frontiers, après New Horizons et Juno

C'est la troisième mission du programme New Frontiers. Les deux premières sont pour le moment couronnées de succès avec New Horizons qui est passé à proximité de Pluton – la planète déchue de notre système solaire – et qui explore désormais la ceinture de Kuiper. Mais aussi Juno, la sonde qui s'est récemment placée en orbite autour de Jupiter et qui envoie d'ores et déjà des images inédites de la géante gazeuse.

Le but de la mission Origins Spectral Interpretation Resource Identification Security - Regolith Explorer, alias Osiris-Rex, est ambitieux et n'est pas sans rappeler celui de Rosetta du CNES : « aider les scientifiques à étudier comment les planètes se sont formées et comment la vie a commencé, mais aussi améliorer notre compréhension des astéroïdes qui pourraient impacter la Terre ».

Bennu en ligne de mire, un astéroïde intéressant à plus d'un titre

Après son décollage, Osiris-Rex devra voler pendant plus de trois ans avant d'atteindre sa cible (comme les autres sondes, elle utilisera l'attraction gravitationnelle pour gagner en vitesse à moindre coût). Elle arrivera en effet sur sa cible, l'astéroïde Bennu, en octobre 2019.

Pour rappel, ce dernier a été découvert en 1999 et il a un diamètre de 575 mètres « seulement ». Il décrit une orbite autour du Soleil en 1,2 an et croise (à bonne distance pour le moment) la route de la Terre. Selon le CNES, « il pourrait bien percuter celle-ci en 2182 » ; mais attention ce n'est qu'une possibilité, pas une certitude, loin de là même rappelle régulièrement la communauté scientifique.

Bennu est donc doublement intéressant pour la NASA. En effet, cette mission permettra d'estimer plus finement les risques de collision et, en connaissant mieux sa composition, de prévoir une riposte adéquate si le besoin s'en fait sentir au cours des 166 prochaines années.

Dans une vidéo publiée par l'université de Nantes sur les comètes et les astéroïdes (très intéressantes à regarder au demeurant),  le directeur de recherche au CNRS Patrick Michel donne l'autre principale raison : les astéroïdes primitifs, comme Bennu, « ont gardé la mémoire de la composition initiale du système solaire, parce qu'ils sont tous petits contrairement aux planètes qui ont chauffé. Donc ils n'ont pas cuit et leur composition n'a pas été altérée par tous les processus thermiques ».

Mesurer finement sa trajectoire pour estimer la probabilité d'impact avec la Terre

Sa première année à côté de Bennu, Osiris-Rex la passera à analyser la comète à distance afin de vérifier s'il y a des dégagements gazeux, la présence de satellite(s) naturel(s) et à le cartographier sous tous les angles. Pour cela, la sonde dispose de toute une panoplie d'instruments :  caméra, spectromètre, altimètre, etc. 

Les relevés doivent également permettre de mesurer précisément l'effet Yarkovsky qui peut modifier la trajectoire des petits corps célestes (généralement moins de 20 km, ce qui est largement le cas de Bennu). Le CNES le définit de cette manière : « La rotation de l’objet sur lui-même provoque la restitution de l'énergie solaire émise sous forme de rayonnement infrarouge dans une direction qui modifie lentement sa trajectoire ».

Or, cet effet est la principale cause d'incertitude sur les mesures des trajectoires, ce qui a une conséquence directe sur la probabilité d'impact ou non de Bennu avec la Terre au cours des deux prochains siècles. Moins grave, mais tout de même gênant, l'astéroïde pourrait épargner la Terre mais entrer en collision avec la Lune ou des satellites. Prévoir sa trajectoire avec précision est donc important pour les scientifiques, même si le risque n'est pas immédiat.

Un « touch-and-go » sur l'astéroïde en 2020, retour des échantillons sur Terre en 2023

Une fois cette première étape d'un an terminée, la deuxième phase d'Osiris-Rex sera enclenchée. Elle consistera à effectuer un « touch-and-go » sur l'astéroïde, c'est-à-dire le toucher pendant quelques secondes afin de récupérer un échantillon. La NASA prévoit qu'il fasse entre 60 g et 2 kg.

Le système de prélèvement, baptisé TAGSAM, utilisera un bras robotisé qui peut atteindre 3,35 m de long. Afin de soulever une couche de poussière superficielle – le régolithe – le bras dispose d'un disque perforé à son extrémité qui expulse une petite quantité d'azote. La sonde dispose d'assez de réserves pour trois tentatives. L'ensemble est directement hérité de la mission Stardust de la NASA. 

Pour réaliser cette opération, la sonde se rapprochera lentement de la surface de Bennu. « Après le contact initial, le TAGSAM sera en contact avec Bennu pendant plusieurs secondes alors que la sonde rebondit. C’est pendant ce bref intervalle de temps que le TAGSAM utilisera de l’azote comprimé pour fluidifier la poussière et la propulser à travers le filtre du TAGSAM » explique le spécialiste Christian d'Aubigny qui participe à ce projet.

Une fois la récolte effectuée, la sonde Osiris-Rex restera à proximité de l'astéroïde pendant deux ans, avant de revenir autour de la Terre en septembre 2023. Elle larguera alors la capsule contenant les échantillons qui se posera en douceur (si tout va bien) dans le désert de l'Utah. La NASA explique que ses équipes scientifiques vont cataloguer les échantillons et effectuer les analyses nécessaires « afin d'atteindre les objectifs scientifiques de la mission », une opération prévue pour durer deux ans.

Qu'attendre de l'analyse des échantillons ?

Pour certains spécialistes, les résultats seront très intéressants. C'est notamment le cas de Patrick Michel de l'Observatoire de la Côte d'Azur à Nice et membre de l'équipe scientifique d'Osiris-Rex, qui l'explique à nos confrères de Radio Canada : « Chaque fois qu'on a eu une image d’un astéroïde ou rendu visite à un astéroïde, nos connaissances ont été bouleversées tant ces objets, qui sont si petits, défient notre intuition ».

Il ajoute que la quantité espérée (au moins 60 grammes) sera largement suffisante : « avec quelques microgrammes de matière, les cosmo chimistes sont capables de raconter une histoire, d'analyser, de dater l'élément, de comprendre toute sa composition », comme cela a déjà été le cas pour les missions Stardust et Hayabusa (nous y reviendrons un peu plus loin).

Point intéressant, une partie de la matière extraterrestre récupérée sera conservée pour les générations futures afin qu'elles puissent les analyser avec des instruments bien plus sophistiqués. Il s'agit donc non seulement d'essayer de comprendre l'Univers avec nos moyens actuels, mais aussi d'anticiper l'avenir puisque les deux tiers de la matière ne devraient pas être utilisés pour le moment.

S'il n'y a pas vie, il y aura peut-être de la matière organique dans les prélèvements. Si c'est le cas, les instruments sur Terre pourraient la détecter, ce qui aurait été quasi impossible in situ avec du matériel embarqué.

Une mission sur les traces des sondes Stardust et Hayabusa

À titre de comparaison, la mission Stardust n'avait ramené que quelques microgrammes de matière provenant de la queue de la comète 81P/Wild. En 2004, ils ont été capturés dans un aérogel afin de ne pas altérer leur propriété, avant d'arriver sur Terre en 2006. Suite à cette moisson, le CNES expliquait que « 1000 grains de taille supérieure à 10 micromètres, quelques dizaines de milliers de grains plus petits provenant directement de la comète et une centaine de grains interstellaires de taille submicronique » avaient été récupérés. 

Parmi les résultats obtenus suite aux analyses de cette matière extraterrestre, les scientifiques ont détecté de la glace cristalline, ce qui était « une grande nouveauté » pour Patrick Michel « car elle se forme à des distances qui ne sont pas celles où l'on pense que se forment les comètes ».

Quelques mois plus tard (en novembre 2005), la sonde japonaise Hayabusa se pose sur l'astéroïde Itokawa et en prélève des échantillons. Ils arriveront sur Terre en 2010, une première pour ce type d'opération. Cette fois-ci, environ 1 500 grains, d'une taille de généralement moins de 10 micromètres, ont été récupérés par les scientifiques.

Hayabusa 2 et Mascot sont en route pour se poser sur l'astéroïde Ryugu

Alors qu'Osiris-Rex va seulement prendre son envol, une autre sonde est déjà en route vers son astéroïde (elle a décollé le 3 décembre 2014) : Hayabusa 2 de la JAXA (l'agence spatiale japonaise) et son atterrisseur Mascot. Ce dernier est développé par l'agence spatiale allemande, en partenariat avec le CNES. Si tout se déroule comme prévu, il sera largué par la sonde sur l'astéroïde en 2019.

Le retour des échantillons sur Terre est prévu pour 2020, soit trois ans avant ceux d'Osiris-Rex. Lors du dernier bilan de santé en juillet 2016, tous les instruments répondaient correctement, espérons que cela sera le cas durant le reste du voyage.