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Cassini
par Nicolas Rosseels et Vincent Mollet
publié le 9 mars 2002, mis à jour le 14 janvier 2005


Cassini, sonde de la NASA (Agence Spatiale Américaine) réalisée en collaboration avec l'Agence Spatiale Italienne, est destinée à étudier Saturne, ses anneaux et ses satellites.
Lancée le 15 octobre 1997, elle s'est placée en orbite autour de Saturne le 1er juillet 2004. Elle y fera des observations pendant quatre ans au moins. Elle a également conduit la sonde européenne Huygens durant la plus grande partie de son voyage jusqu'à Titan (le plus gros des satellites de Saturne) et a retransmis les informations récoltées par celle-ci à la Terre.
Cette sonde est un des engins spatiaux interplanétaires les plus lourds, les plus grands et les plus complexes envoyés dans l'espace jusqu'à présent. C'est la quantité d'observations à effectuer et la relativement grande distance à parcourir qui justifient cette complexité.
Cassini a été nommée du nom de l'astronome franco-italien Jean-Dominique Cassini (1625-1712) qui découvrit plusieurs satellites de Saturne (Japet, Rhéa, Téthys et Dioné). C'est également lui qui découvrit en 1675 ce que l'on appelle aujourd'hui la « division de Cassini », un espace entre les anneaux A et B de Saturne.

Masse : 2125 kg
S'y ajoutent notamment 3135 kg de combustible ainsi que les 349 kg de la sonde Huygens.
La masse totale dépasse donc 5,5 tonnes.
Développement : NASA (Agence Spatiale Américaine), ASI (Agence Spatiale Italienne)
Date de lancement : 15 octobre 1997
Lieu de lancement : Cape Canaveral
Lanceur : Titan IVB / Centaur

Dimensions
Cassini fait plus de 6,7 mètres de long et plus de 4 mètres de large. Son magnétomètre est placé sur une perche de 11 mètres. Trois autres perches de 10 mètres servent d'antennes.

Objectifs
Parmi les principaux objectifs de la mission, on peut citer :
- Déterminer la structure tridimensionnelle et le comportement dynamique des anneaux de Saturne.
- Déterminer la composition des surfaces des satellites de Saturne et leur histoire géologique.
- Déterminer la nature et l'origine du matériau sombre visible sur le satellite Japet.
- Mesurer la structure tridimensionnelle et le comportement dynamique de la magnétosphère.
- Etudier le comportement dynamique de l'atmosphère de Saturne au niveau de ses nuages.
- Etudier la variabilité dans le temps des nuages et des brumes du satellite Titan.
- Caractériser la surface de Titan.

Lancement
Le lanceur Titan IVB/Centaur emportant Cassini (et la petite sonde Huygens qui y était accrochée) a décollé de Cape Canaveral (Floride, USA) le 15 octobre 1997 à 8h43 TU.

Assistances gravitationnelles
Aucun lanceur existant n'aurait pu envoyer Cassini directement vers Saturne. La sonde a donc été envoyée sur une trajectoire lui permettant de bénéficier de l'assistance gravitationnelle de plusieurs planètes.
Deux survols de Vénus et un de la Terre ont permis à la sonde de partir vers le Système Solaire extérieur. Un survol de Jupiter l'a ensuite propulsée vers sa destination finale : Saturne.
Cassini a profité de chacun de ces passages pour faire des observations scientifiques. Elle a, entre autres, essayé de détecter des éclairs sur Vénus, fait quelques observations sur le système Terre-Lune et étudié, en collaboration avec la sonde Galileo, le champ magnétique autour de Jupiter.

Caractéristiques techniques
Propulsion
Cassini est munie de deux moteurs principaux (dont un de réserve) destinés à régler sa vitesse et sa trajectoire. Elle dispose également de 16 petits moteurs (4 groupes de 4) destinés à effectuer des manoeuvres d'ampleur moindre et à régler l'orientation de la sonde.

Positionnement et orientation
Cassini peut déterminer son orientation grâce à des gyroscopes et à un système d'orientation d'après les étoiles.
Pour modifier cette orientation, la sonde dispose (outre ses moteurs) de roues à réaction.

Alimentation électrique
L'électricité dont Cassini a besoin pour fonctionner est fournie par trois générateurs à radio-isotopes.

Communications
La sonde dispose d'une antenne haut gain et de deux antennes faible gain.
L'antenne haut gain sert à communiquer avec la Terre. Elle est également utilisée par les instruments scientifiques RADAR et RSS. Son réflecteur principal mesure 4 mètres de diamètre. Au début du voyage de la sonde, il était pointé vers le Soleil pour protéger Cassini des rayons solaires (tel un parasol).
Lorsque l'antenne haut gain n'était pas pointée vers la Terre, les communications étaient assurées par les antennes faible gain qui présentent l'avantage d'être omnidirectionnelles. Elles ne nécessitent pas, pour communiquer, d'être orientées vers la Terre, contrairement à l'antenne haut gain, mais elles ne permettent pas des débits aussi élevés que cette dernière.

Instruments scientifiques
CAPS - Cassini Plasma Spectrometer
Cet instrument mesure l'énergie et la charge électrique des particules qu'il rencontre. Il étudie les molécules provenant de l'ionosphère de Saturne et détermine la configuration du champ magnétique de la planète.

CDA - Cosmic Dust Analyzer
Il mesure la taille, la vitesse et la direction des grains de poussière proches de Saturne. Certains de ces grains de poussière orbitent autour de Saturne mais d'autres pourraient provenir d'autres systèmes solaires.

CIRS - Composite Infrared Spectrometer
Il analyse les émissions, dans le domaine de l'infrarouge, provenant des surfaces, atmosphères et anneaux du système saturnien pour déterminer leurs compositions, températures et propriétés thermiques.

INMS - Ion and Neutral Mass Spectrometer
Cet instrument analyse les particules chargées (comme les protons et ions) et neutres (comme les atomes).

ISS - Imaging Science Subsystem
Il permet d'obtenir des images dans le domaine de la lumière visible, de l'infrarouge et de l'ultraviolet. Il inclut deux appareils photos : l'un à grand angle (WAC - Wide Angle Camera), l'autre à angle étroit (NAC - Narrow Angle Camera). On peut avoir une idée de la résolution maximale de cet instrument en sachant qu'il serait capable de distinguer un détail de 1,5 cm à une distance de près de 4 km.

MAG - Dual Technique Magnetometer
Cet instrument mesure la direction et l'intensité du champ magnétique autour de Saturne.

MIMI - Magnetospheric Imaging Instrument
Cet instrument fournit des images et d'autres données au sujet des particules de la magnétosphère de Saturne.

RADAR - Radio Detection and Ranging Instrument
Il fournit des cartes de la surface de Titan par mesure du temps de retour d'ondes radio envoyées vers cette surface.

RPWS - Radio and Plasma Wave Science
Il est à l'écoute des signaux radio venant de Saturne, parmi lesquels les ondes radio résultant de l'interaction du vent solaire avec Saturne et Titan.

RSS - Radio Science Subsystem
Cet instrument donne des informations sur la structure des anneaux et des atmosphères en observant la façon dont ils modifient les ondes envoyées par la sonde.

UVIS - Ultraviolet Imaging Spectrograph
Cet instrument permet d'obtenir des images des rayons ultraviolets reflétés par des objets tels que les nuages de Saturne et/ou ses anneaux pour en apprendre davantage sur leur structure et composition.

VIMS - Visible and Infrared Mapping Spectrometer
Cet instrument prend des images dans les domaines visible et infrarouge pour étudier la composition des surfaces des satellites, des anneaux, des atmosphères de Saturne et Titan. Il observe aussi la lumière solaire et stellaire passant à travers les anneaux pour en apprendre plus sur leur structure.

Déroulement de la mission
15 Octobre 1997
Cassini et Huygens (qui y est accrochée) quittent la Terre à bord du lanceur Titan 4 et commencent leur voyage de sept ans en direction de Saturne. L'antenne parabolique grand gain de 4 mètres de diamètre est pointée vers le Soleil pour servir de bouclier thermique à la sonde. Les communications avec la Terre sont assurées par deux antennes à faible gain.

9 Novembre 1997
Première correction de la trajectoire de Cassini. Pendant les manoeuvres, la sonde est exposée au Soleil pendant 63 minutes pour tester l'efficacité de la protection thermique.

26 Avril 1998
Premier survol de Vénus. La sonde passe à 287,2 kilomètres de la surface de la planète. Grâce au champ gravifique, la sonde augmente sa vitesse de 7 kilomètres par seconde. Lorsqu'elle quitte Vénus, Cassini-Huygens voyage à une vitesse de 141.000 kilomètres par heure.

11 Janvier 1999
Les systèmes de la sonde passent automatiquement en "safe" mode. Le système de contrôle a détecté des changements d'orientation trop importants. Des tests effectués les jours suivants ont révélé qu'il ne s'agissait en réalité que d'une erreur dans l'estimation de l'orientation.

24 Juin 1999
Cassini-Huygens survole une seconde fois Vénus à une altitude de 600 kilomètres.

18 Août 1999
La sonde survole la Terre à une altitude de 1171 kilomètres.

20 Décembre 1999
Cassini entre dans la ceinture d'astéroïdes après avoir déjà parcouru près de 2 milliards de kilomètres. Elle est la septième sonde à traverser cette ceinture.

17 Décembre 2000
Une des roues du système d'orientation a un comportement anormal : elle demande trop d'énergie pour tourner. La sonde change automatiquement de moyen d'orientation et utilise les petits propulseurs à hydrazine. Après quelques jours d'essais sur la roue, le problème disparaît. La cause de ce problème n'a pas pu être déterminée avec certitude. Il est possible qu'une petite pièce se soit coincée dans le moteur ou qu'un problème de lubrification soit apparu.

30 Décembre 2000
Le survol de Jupiter à une distance de 9,7 millions de kilomètres dévie la sonde en direction de Saturne. Cassini en profite pour faire de nombreuses observations du système jovien.

29 Juin 2001
Les équipes de la NASA et de l'ESA annoncent une modification de la trajectoire pour le largage de la sonde Huygens. Sans cette modification, l'effet Doppler n'aurait pas pu être compensé et la plupart des informations n'auraient pas pu être transmises entre Cassini et Huygens. La sonde sera parachutée sept semaines plus tard que prévu et à une altitude plus de 50 fois plus grande.

11 Juin 2004
Cassini survole Phoebé, satellite de Saturne, à 19h32 TU, à une distance de 2068 km. Des photos sont prises à cette occasion.

1 Juillet 2004
Mise en orbite de Cassini autour de Saturne. Il est prévu que sa mission autour de la planète géante dure au moins 4 ans.

25 Décembre 2004
Huygens se sépare à 2h00 TU de Cassini et descend vers Titan.

14 Janvier 2005
Huygens descend dans l'atmosphère de Titan et atteint sa surface. Elle transmet les données récoltées à Cassini, qui les retransmet à la Terre.
Pour plus de détails sur la mission de Huygens et ses résultats, consultez notre article : Huygens.






Sur le même sujet :

Notre partenaire Futura-Sciences
Dossier sur la mission Cassini-Huygens

Notre partenaire Futura-Sciences
On en parle : mission Cassini-Huygens


Sources :

nssdc.gsfc.nasa.gov
National Space Science Data Center

www.astronautix.com
Encyclopedia Astronautica

www.jpl.nasa.gov/missions/current/cassini.html
Jet Propulsion Laboratory

saturn.jpl.nasa.gov/cassini/english/
Cassini-Huygens: Mission to Saturn and Titan (JPL)

sci.esa.int/huygens/
Agence Spatiale Européenne

www.esa.int/SPECIALS/Cassini-Huygens/index.html
Agence Spatiale Européenne

www.jpl.nasa.gov/news/fact_sheets/cassini.pdf
JPL - Cassini Fact Sheet




Vue d'artiste de Cassini et Huygens
NASA-JPL




Cassini et Huygens sur le lanceur Titan
NASA-JPL




Cassini
NASA-JPL






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