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Chang'e 1Chang'e 1
sonde spatiale 
Chang'e 1 (vue d'artiste)
Chang'e 1 ou CE-1 (du chinois : 嫦娥一号 ; pinyin : cháng'é yī hào, de Chang'e, déesse de la Lune dans la mythologie chinoise) est une sonde spatiale lunaire chinoise lancée le . Chang'e 1 dont l'objectif est d'étudier la surface et l'environnement de la Lune en préparation d'un atterrissage est la première mission du programme d'exploration lunaire de la Chine. La sonde de type orbiteur est équipée de 8 instruments scientifiques dont une caméra stéréoscopique à haute résolution, un altimètre laser, un spectromètre à rayon X ou encore un détecteur de vent solaire. Les objectifs de la mission sont de dresser une carte en 3 dimensions de la surface lunaire, d'étudier la répartition des éléments chimiques et de caractériser l'environnement de la Lune. La sonde se place en orbite autour de la Lune le . La mission s'achève 495 jours après son lancement lorsque la sonde est désorbitée et heurte la surface lunaire le dans la Mer de la Fertilité, non loin du site d'atterrissage de la sonde soviétique Luna 16. ContexteLe premier projet de sonde lunaire chinoise remonte à 1962, proposé par l'Université de Nankin, mais il n'est pas retenu. La question se pose finalement sérieusement en 1994 après le succès de la sonde Hiten envoyée par le Japon, qui démontre que l'exploration lunaire n'est pas limitée qu'aux deux Grands, mais la priorité est alors donnée au plus ambitieux programme habité. En 1995, le directeur de la recherche spatiale de l'Académie chinoise des sciences, Jiang Jingshan, annonce qu'un projet d'orbiteur lunaire est à l'étude. La mission Chang'e 1 est finalement approuvée le sous le nom officiel de projet 211, avec un budget de 1,4 milliard de yuan (140 millions d'euro)[1]. Objectifs de la missionLes objectifs scientifiques sont les suivants :
La sonde doit également aider à déterminer des sites pour les futurs atterrissages du programme et tester la capacité de communication dans l'espace profond[2]. Caractéristiques techniquesVue d'ensembleAfin d'économiser le développement d'un engin totalement nouveau et d'utiliser des technologies ayant déjà fait leur preuve, il est choisi de réutiliser le bus d'un satellite de télécommunication Dong Fang Hong 3 de l'Académie chinoise de technologie spatiale. Le corps de la sonde est de forme cubique et de dimensions 2,2 × 1,72 × 2,2 m, avec une structure construite autour d'un réservoir cylindrique entouré de panneaux en nid d'abeilles, avec un module supérieur et un module inférieur. La masse totale au lancement de la sonde est de 2 350 kg, dont 1 200 kg de carburant. Le contrôle thermique est évalué à l'aide de capteurs et obtenu via plusieurs couches isolantes, peinture thermique, caloducs, et un système de chauffage[3]. PropulsionLa propulsion principale est assurée par un unique moteur-fusée à ergols liquides d'une poussée de 490 N brûlant le couple hypergolique peroxyde d'azote et hydrazine stocké dans des réservoirs mis sous pression par de l'hélium. Ce propulseur est allumable plusieurs fois mais sa poussée n'est pas modulable ni orientable. Il est utilisé lors des manœuvres importantes telles que les changements d'orbite[3]. Contrôle d'attitudeLa sonde est stabilisé sur 3 axes, c'est-à-dire qu'elle dispose d'un système afin de maintenir son orientation. Cela permet aussi bien de maximiser l'énergie reçue par les panneaux solaires que de pointer les instruments scientifiques vers leurs cibles. Le moteur principal étant fixe, cela permet également de maintenir l'orientation de la sonde durant sa mise en marche. L'attitude est déterminée à l'aide de capteurs solaires, de viseurs d'étoiles, de gyroscopes et de capteurs à ultra-violet. L'orientation est modifiée à l'aide de roues de réaction et de deux grappes de 6 propulseurs de 10 N chacun. La précision de pointage obtenue est inférieure à 1° (3σ) et la précision de maintien est de 0,01°/s[3]. ÉnergieLa sonde se fournit en énergie à l'aide de deux ailes comportant chacune trois panneaux solaires, soit une envergure totale de 18 m pour une surface de 22,7 m2 une fois déployées. La puissance électrique maximale produite est de 1 450 W et l'énergie est stockée dans des batteries nickel-hydrogène[3]. La charge utile reçoit une puissance électrique de 161 W[2]. TélécommunicationsPour les télécommunications avec le contrôle au sol, la sonde utilise une antenne parabolique orientable grand gain de 60 cm de diamètre qui se déploie une fois en orbite et 4 antennes omnidirectionnelle de faible gain. Les transmissions se font en bande S, avec un débit des données vers le sol de 3 Mo/s[3]. Instruments scientifiques La sonde emporte en tout 8 instruments scientifiques. Six d'entre eux sont des instruments de télédétection destinés à l'observation directe de la Lune. Aucun n'est mobile et ils reposent donc sur l'orientation globale de la sonde pour pointer vers leur sujet d'étude. Ces instruments sont :
Les deux instruments restants sont destinés à l'étude des particules et à l'environnement in-situ de la sonde. Ces instruments sont :
Déroulement de la missionTransit vers la LuneLe lancement de la sonde a lieu le à 10 h 6 UTC depuis la base de lancement de Xichang à bord d'une fusée Longue Marche 3A. L'évènement est diffusé en direct à la télévision et 2 500 personnes assistent à l'évènement depuis des gradins situés à 2,5 km du pas de tir. La sonde est d'abord placée sur une orbite terrestre très elliptique de 205 × 50 930 km avec une inclinaison 26°, et une période de révolution de 16 h. Son périgée est ensuite hissé à 600 km. Durant les deux semaines suivantes l'engin spatial réalise trois manœuvres afin d'hisser son apogée à 70 000 km, 120 000 km puis 380 000 km. La sonde atteint finalement les 10,9 km/s nécessaire à l'injection trans-lunaire lorsque son moteur principal est mis à feu durant 14 minutes. Le à 3 h 37 UTC elle s'insère sur une orbite elliptique de 200 × 8 600 km qu'elle parcourt en 12 h, en réduisant sa vitesse de 2 300 m/s à 1 948 m/s. L'orbite est ajustée le à 213 × 1 700 km avec une périodicité de 3,5 h. Une dernière manœuvre le permet de placer l'engin spatial dans son orbite de travail, calculée plus tard à 195,53 × 202,07 km avec une inclinaison de 88,2°[4]. Fin de la missionL'orbite est ajustée trois fois en , il reste alors 270 kg d'ergols. Le , la sonde exécute deux manœuvres afin de réduire son orbite de 200 km à 100 km d'altitude. Trois jours plus tard elle plonge à seulement 15 km au-dessus de la surface lunaire avant de retourner sur une orbite de 100 km le . Le le centre de contrôle commande à la sonde une manœuvre l'emmenant s'écraser sur le sol lunaire, mettant fin à la mission après 495 jours. Le lieu de l'impact est déterminé à 1,5 ° S et 52,36 ° E, proche du cratère Taruntius et non loin de l'équateur dans la mer de la fertilité, à proximité du site d'atterrissage de Luna 16. La caméra fonctionna pour les derniers 49 km de la descente[5]. Résultats scientifiquesLes premières images de la surface lunaire sont prises le , puis rendues publiques le lors d'une cérémonie à Pékin par le premier ministre Wen Jiabao. La sonde photographia d'abord entre 75° Nord et 75° Sud, puis se concentra sur les pôles. Une éruption solaire fut observée le . Le , un rapport annonça que 700 heures soit 2,76 To de données avaient été transmis au cours de 3 024 révolutions autour de la Lune[5]. La carte définitive de la Lune obtenue grâce à la mission est publiée en , faisant de la Chine le troisième pays à publier ses propres cartes lunaires, après l'Union Soviétique et les États-Unis. D'une précision de 1:2500000, elle détaillait également l'élévation du terrain. L'Union Astronomique Internationale approuva le baptême de 14 lieux (cratère, bassin d'impact, volcan), nommés d'après des scientifiques chinois. La sonde photographia les sites d'atterrissages d'Apollo 12, 14 et 15[6]. Notes et références
Bibliographie
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