Voyager 2 obtient une vie

Skibba de Ram

Les ingénieurs de la NASA ont mis au point une stratégie d'économie d'énergie pour gagner plus de temps et plus de science avec les sondes Voyager, le vaisseau spatial le plus ancien de l'humanité, alors qu'elles continuent de s'aventurer dans des étendues inexplorées de l'espace interstellaire.

Et le temps presse : Voyager 1 et 2 volent depuis 1977, et leurs sources d'énergie se sont progressivement estompées, mettant leurs instruments en danger. Dans le vaste abîme de l'espace lointain, à une distance insondable de notre soleil, l'énergie solaire n'est pas viable. C'est pourquoi les ingénieurs ont équipé chaque Voyager d'un trio de générateurs thermoélectriques à radio-isotopes, ou RTG. Ceux-ci fonctionnent en convertissant la chaleur de la désintégration du combustible radio-isotope, le plutonium-238, en électricité. Ce sont essentiellement des batteries nucléaires - et elles sont finalement à court de puissance, perdant de manière prévisible 4 watts par an. Bien que les Voyagers n'aient pas besoin de cette puissance pour la propulsion, elle est essentielle à leur capacité à collecter des lectures scientifiques de particules chargées et de champs magnétiques lointains - jusqu'à présent, la seule opportunité pour l'humanité d'échantillonner ces données dans l'espace interstellaire.

Il y a quelques années, la NASA a commencé à explorer des moyens de faire fonctionner les instruments des Voyagers aussi longtemps que possible. La première étape, en 2019, a été de commencer à éteindre les radiateurs des instruments scientifiques. Ça a marché; les appareils ont continué à fonctionner malgré des températures chutant d'environ 50 degrés Celsius, bien plus froides que les conditions dans lesquelles ils avaient été testés. Mais ce n'était toujours pas suffisant, donc fin mars, une équipe de la NASA a lancé une stratégie d'économie d'énergie sur Voyager 2 qui puise dans une réserve de puissance destinée à protéger les systèmes des pointes de tension.

Bien que cette stratégie laisse l'engin plus vulnérable, le risque de tels pics semble être très faible, explique Suzanne Dodd, chef de projet Voyager au Jet Propulsion Laboratory de la NASA en Californie du Sud. En supposant que tout se passe bien, ils commenceront une gestion de tension similaire sur Voyager 1 dès cet automne. Au total, Dodd pense que cela pourrait faire gagner quelques années supplémentaires à la mission scientifique des sondes. Voyager est toujours une mission de découverte, dit-elle, et chaque élément de données que le vaisseau spatial obtient dans l'espace interstellaire est précieux. "Je continue d'être émerveillé par ces engins spatiaux et par les ingénieurs qui proposent des moyens intelligents de les faire fonctionner", déclare Dodd.

Aujourd'hui âgés de 45 ans, les Voyagers ont passé leurs deux premières décennies à voler à travers le système solaire, prenant des photos de Jupiter, Saturne, Uranus et Neptune au fur et à mesure qu'ils passaient. Voyager 1 a également capturé la photographie emblématique "point bleu pâle" d'une minuscule Terre lointaine. Tout en continuant, ils ont continué à capturer des données. Elles ont longtemps survécu à leurs prédécesseurs, les Pioneer 10 et 11, qui ont été les premières sondes à survoler les géantes gazeuses mais qui se sont arrêtées il y a plus de 20 ans. Les deux Voyagers ont volé bien au-delà de la ceinture de Kuiper, une région abritant Pluton et d'autres petits corps glacés. En 2012, Voyager 1 a quitté l'héliosphère, la bulle protectrice des particules et des champs magnétiques générés par le soleil, au-delà de laquelle se trouve le milieu interstellaire. Son jumeau a suivi six ans plus tard, date à laquelle les deux étaient officiellement en territoire interstellaire, naviguant à 35 000 milles à l'heure dans l'inconnu.

Aujourd'hui, Voyager 1 est à 159 unités astronomiques de chez lui, et Voyager 2 est à 133 UA, voyageant dans une direction différente. (1 UA est la distance entre la Terre et le soleil, soit environ 93 millions de miles.) Le vaisseau spatial montre sûrement des signes de vieillissement - l'équipe a traité des problèmes de télémétrie sur Voyager 1 l'année dernière - mais les bêtes de somme cosmiques continuent.

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Il n'est pas rare que les missions de la NASA dépassent de loin leur durée de vie prévue et se voient accorder des prolongations après avoir atteint leurs principaux objectifs. Le rover Opportunity Mars a duré près de 15 ans, au lieu de trois mois. L'orbiteur Cassini focalisé sur Saturne, que la NASA a exploité en collaboration avec l'Agence spatiale européenne, a persévéré pendant 20 ans au lieu de quatre. Mais les Voyagers prennent sûrement le gâteau cosmique. Si le pari d'économie d'énergie de l'équipe de Dodd fonctionne, les deux pourraient atteindre l'âge sans précédent de 50 ans, avec un "objectif extensible" d'atteindre 200 UA vers l'an 2035.

Mais cela nécessitera de sacrifier les instruments scientifiques un par un.

Voyager 2 a encore cinq instruments qui bourdonnent : un magnétomètre, un détecteur d'ondes plasma, une expérience scientifique sur le plasma, un détecteur de rayons cosmiques et un détecteur de particules chargées à faible énergie. Les deux premiers ne prennent qu'environ 2 W pour fonctionner, et leurs composants électroniques sont dans le corps de la sonde, ils seront donc probablement les derniers à être éteints. Les autres sont logés sur la flèche de l'engin, où il fait froid, et ils utilisent entre 3 et 5 watts chacun, donc éteindre chacun d'eux permettrait d'acheter une autre année de vie.

L'espace interstellaire peut sembler complètement vide, mais il ne l'est pas : il y a encore des particules solaires et des phénomènes magnétiques à étudier. "Plus nous nous éloignons du soleil, plus cela devient intéressant parce que nous ne savons vraiment pas ce que nous pourrions trouver. Et avoir deux vaisseaux spatiaux Voyager, c'est comme voir à travers des jumelles", explique Linda Spilker, scientifique du projet Voyager au JPL. Par exemple, les astrophysiciens s'attendaient à ce qu'en dehors de l'héliosphère, le champ magnétique du soleil tourne lentement dans la direction du milieu interstellaire, et les Voyagers seraient capables de suivre cela. Mais ils n'ont pas encore vu une telle rotation, dit Spilker, suggérant que les modèles des champs magnétiques doivent être mis à jour.

Le vaisseau spatial a également utilisé ses instruments pour étudier la matière interstellaire et pour détecter le rayonnement d'un sursaut gamma éblouissant dans une autre galaxie en octobre dernier.

Les missions basées sur des sondes plus récentes tireront parti de la science solaire en cours de Voyager. Dès 2025, la NASA prévoit de lancer l'Interstellar Mapping and Acceleration Probe (IMAP) pour sonder l'héliosphère. Les Voyagers sont déjà bien en dehors de l'héliosphère, de sorte que les mesures des sondes distantes peuvent être comparées à celles de la nouvelle beaucoup plus proche. "Avoir les Voyagers là-bas pendant IMAP sera vraiment merveilleux. Comme nous voyons l'imagerie avec IMAP, les Voyagers vont également faire des mesures précieuses localement", a déclaré David McComas, un physicien de Princeton qui dirige la collaboration IMAP. Il le compare aux médecins prenant une tomodensitométrie du cerveau d'une personne pour une vue d'ensemble, plus une biopsie pour des informations détaillées.

Les Voyagers ne sont pas encore terminés, mais ils ont déjà un héritage impressionnant. Cela inclut la sonde New Horizons de la NASA, qui a survolé Pluton en 2015. Maintenant à 55 UA de la Terre, ce vaisseau spatial sonde le bord de l'héliosphère avec des capteurs plus récents et meilleurs que ceux dont les Voyagers sont équipés, et il a déjà pris des images d'objets qui n'avaient même pas été découverts lors du lancement des Voyagers, comme les lunes de Pluton et un objet de la ceinture de Kuiper appelé Arrokoth. "Pour nous tous à New Horizons, l'équipe Voyager, ce sont nos héros", déclare Alan Stern, chercheur principal de la collaboration et scientifique planétaire au Southwest Research Institute. New Horizons est la seule autre sonde lointaine fabriquée par l'homme encore en activité, et elle pourrait durer jusqu'en 2050, dit Stern. L'équipe est maintenant à la recherche d'une nouvelle cible pour un survol.

Inspirés par l'énorme succès des Voyagers, les ingénieurs conçoivent déjà des concepts de vaisseaux spatiaux de nouvelle génération, tels que ceux qui pourraient être alimentés par des lasers et des voiles lumineuses et pourraient un jour se faufiler dans nos environs interstellaires plus rapidement et plus loin que les sondes des années 1970. Quels conseils devraient-ils tirer de la longue et saine vie des Voyagers ? Tout d'abord, dit Dodd, il est utile d'avoir beaucoup de carburant et des systèmes redondants, car même les instruments robustes finissent par tomber en panne. Et il est important de transmettre les connaissances, dit-elle, au cas où l'engin survivrait à la génération d'ingénieurs qui l'ont conçu.