Il y a 15 ans le 14 janvier 2005, la sonde Huygens de l’ESA a écrit l’histoire quand elle est descendue dans l’atmosphère du Satellite de Saturne, Titan et qu’elle est devenue la première sonde à se poser avec succès sur un autre monde dans le système solaire externe. Toutefois, pendant la descente, la sonde à commencé à tournoyer et à vriller dans le mauvais sens, et de récents tests nous révèlent aujourd’hui pourquoi.
Lancée en 1997, la mission Cassini-Huygens de la NASA/ESA/ASI reste icônique et a contribué à améliorer de manière considérable notre compréhension de Saturne et de sa lune Titan à partir de son arrivée autour de la planète aux anneaux fin 2004.
La mission comprenait un orbiteur, Cassini, qui est resté en orbite saturnienne pendant plus de 13 ans après avoir été la première sonde à réaliser un tel exploit, et une petite sonde atmosphérique, l’atterrisseur Huygens de l’ESA, qui est descendue pour explorer les propriétés physiques et l’atmosphère de Titan le 14 janvier 2005.
La descente risquée de Huygens a duré 2 heures et 27 minutes, et les données rassemblées par la petite sonde ont contribué à obtenir des découvertes d’une grand richesse sur cette lune fascinante.
L’atterrisseur a fourni les premières mesures in situ de l’atmosphère de Titan en déterminant sa pression, sa densité et sa température depuis 1.400 km d’altitude jusqu’à son atterrissage. L’instrument « Doppler Wind Experiment » (DWE), a mesuré de forts vents est-ouest dans l’atmosphère de cette lune, dont certains tournaient plus vite que la lune elle-même. Cela a mis en lumière le fait que l’atmosphère de Titan contenait du méthane, de l’azote et des petits aérosols (dans une quantité qui a été mesurée), et a détecté des processus géologiques et des caractéristiques de l’intérieur de ce satellite, comme le cryovolcanisme et la présence potentielle d’un océan souterrain.
En traversant et en explorant le brouillard épais qui entoure cette lune, la sonde a aussi aidé les scientifiques à visualiser la surface de Titan, en collectant des preuves d’une activité passée comprenant de l’eau, notamment des lits de rivières asséchés et des réseaux de drainage et de grands bassins ou lacs vides, ainsi que des observations sur les vastes dunes de sable et de glace.
Toutefois, une chose restait mystérieuse : pourquoi est-ce que Huygens tournait dans le “mauvais sens” lors de sa descente ? la sonde a été détachée de Cassini en tournant dans le sens inverse des aiguilles d’une montre à 7,5 rotations par minute. En raison de la conception de la sonde, sa vitesse de rotation devait aider Huygens à conserver une bonne stabilité alors qu’elle descendait doucement vers Titan pendant 3 semaines jusqu’à finalement entrer dans l’atmosphère de cette lune.
Ce graphique montre le « profil de rotation » de Huygens au cours de sa descente vers Titan le 14 janvier 2005 : la ligne pointillée montre le profil théoriquement prévu tandis que la ligne continue montre le profil réel tel qu’il a été enregistré par les capteurs de la sonde. L’axe horizontal indique le temps universel et l’axe vertical la vitesse de rotation (en tours par minute).
En tant que partie de la mission internationale Cassini, Huygens est entré dans l’histoire pour avoir été la première sonde à se poser avec succès sur un autre monde dans le système solaire externe. Toutefois, pendant sa descente, la sonde a commencé à tourner dans le “mauvais sens”, comme ce graphique l’illustre. Huygens a été libérée de l’orbiteur Cassini en tournant dans le sens inverse des aiguilles d’une montre à 7,5 rotations par minute. Ce sens de rotation était intentionnel et devait continuer tout au long de la descente avec une vitesse de rotation contrôlée et influencée par le déploiement des parachutes d’atterrissage.
Bien que Huygens a commencé à se se comporter d’abord comme prévu, sa vitesse de rotation a diminué bien plus vite que prévu, avant de s’inverser après environ 10 minutes de descente pour tourner dans le sens des aiguilles d’une montre (ce qui apparaît clairement sur le graphique ou la ligne continue montre un rapide ralentissement de la rotation et son passage dans le sens inverse [AU_DESSOUS DE 0]). Elle a continué à tourner ainsi pendant le reste des 2 heures 15 minutes jusqu’à l’atterrissage. Heureusement la vitesse de rotation, bien qu’en sens inverse a été semblable à la vitesse prévue par les chercheurs, ce qui veut dire que, malgré l’inversion qui a affecté le timing des observations, cet imprévu n’a pas trop altéré leur qualité.
De récent tests confirment la cause de ce changement du sens de la rotation. Tandis que la sonde était équipée avec des pales pour réguler sa rotation, d’autres appendices sur la sonde ont provoqué un couple dans la direction opposée. Ceci n’a été exacerbé que par la manière selon laquelle ces pales ont redirigé le flux de gaz autour du corps de la sonde, de telle manière qu’un effet global de rotation contraire a été créé. Il y a aussi des indications qui montrent que l’ouverture du capteur « Huygens Atmospheric Structure Instrument (HASI) » peut ne pas avoir été totalement ou symétriquement déployé pendant la descente. Cet effet est encore en cours d’étude.
Ces résultats ont été obtenus grâce aux tests réalisés dans le tunnel de vent subsonique au laboratoire PRISME à l’Université d’Orléans en France. Cette étude a été menée de 2017 à 2019 dans le cadre d’un contrat de l’ESA avec LPC2E/CNRS-Université d’Orléans.
Huygens a été équipé avec 36 pales inclinées qui ont été utilisées pour contrôler la rotation du module de descente. Toutefois, deux des principaux appendices, le sous-système de séparation (SEPS) et l’antenne de l’altimètre du radar (RA), ont provoqué un couple opposé et imprévu, de sens contraire à celui escompté du fait des pales. Cet effet a été amplifié car les pales altéraient le flux de gaz autour du module de descente d’une façon qui augmentait l’amplitude du couple négatif, effet qui a fait que Huygens a changé son sens de rotation jusqu’à ce que cela dépasse l’influence des pales.
Avoir réussi à résoudre ce mystère de l’ingénierie aidera à guider la conception des sondes destinées à entrer dans une atmosphère dans le futur, ce qui nous permettra de pousser plus loin notre exploration du système solaire.
Il y a aussi quelques indications selon lesquelles l’instrument « Huygens Atmospheric Structure Instrument (HASI) » peut ne pas avoir été totalement déployé pendant la descente, donc des tests spécifiques ont été réalisés dans 3 configurations différentes — non-déployé, semi-déployé et totalement déployé —qui confirment qu’un couple négatif peut survenir lors d‘un déploiement non-symétrique. Cet effet fait encore l’objet de recherches plus approfondies.
Traduction : Olivier Sabbagh