1. Généralités

2. Qu'est-ce que l'effet de fronde ?

3. L'alimentation en énergie électrique de Cassini

CONCLUSION

Questions les plus fréquemment posées au sujet de la mission Cassini, février 1999

Avertissement: Le texte suivant est la traduction en français d'un document fourni par le Laboratoire d'Exploration Planétaire de la NASA ("Jet Propulsion Laboratory, JPL")

1. Généralités

Comment peut-on affirmer que la probabilité d'une rentrée accidentelle lors du survol de la Terre est aussi faible ?

La mission Cassini est conçue pour éviter qu'une rentrée accidentelle se produise lors du survol de la Terre. Le cahier des charges impose une probabilité inférieure à 1 sur 1 million pour un accident de ce type. Le JPL (le Laboratoire d'Exploration Planétaire de la NASA, "Jet Propulsion Laboratory, JPL") Laboratoire de recherche sur la propulsion de la NASA) a conduit une analyse approfondie incluant les risques d'erreur humaine et des données de ses propresarchives sur les satellites pour déterminer la probabilité d'une rentrée accidentelle. Le chiffre obtenu à l'issue de cette analyse confirme une probabilité inférieure à 1 sur 1 million. Ce chiffre peut paraître, à première vue, surprenant aux yeux de certains car il est difficile de prouver que des pannes susceptibles d'affecter un système quel qu'il soit, surtout lorsqu'il s'agit d'un satellite, peuvent présenter un aussi faible risque. Ce résultat est conditionné par deux facteurs.

Tout d'abord, la majeure partie de la trajectoire de Cassini exclut pratiquement tout risque de collision avec la Terre. En effet, jusqu'à 50 jours environ avant le survol de la Terre destiné à imprimer à la trajectoire un effet de fronde, la probabilité de télescopage est largement inférieure à 1 sur 1 million quelle que soit la défaillance éventuelle du satellite (compte tenu de l'immensité de l'espace, de la petite taille de la Terre en tant que cible et du caractère aléatoire d'une panne du satellite ou d'une collision avec un micrométéorite induisant une modification de sa vitesse).

D'autre part, le JPL a conçu, pour le survol de la Terre, une trajectoired'évitement, ajustée par corrections successives. Cette méthode limite les risques de rentrée accidentelle, tant en ce qui concerne la durée de la période critique que les incidents éventuels, en éliminant toutes les conséquences des pannes, sauf celles qui imprimeraient au satellite la vitesse et la trajectoirecorrespondant précisément à un impact avec la Terre. Le satellite est placé surune trajectoire déviée d'au moins 5 000 km par rapport à l'altitude nominale pendant toute la durée de vol, sauf pendant les 7 jours précédant le survol. La précision de navigation du satel-lite de la NASA est supérieure à 20 km. La méthode de trajectoire d'évitement, jointe à la conception redondante du satellite, à des systèmes intégrés de détection et de correction d'erreur et à un mode de fonctionnement contrôlé (grâce à l'envoi de télécommandes au satellite), notamment pendant le court laps de temps au cours duquel une panne pourrait provoquer une collision, conduit à une probabilité d'impact avec la Terre extrêmement faible.

En outre, ces analyses sont réexaminées et affinées en permanence, tandis que la conception du véhicule spatial fait l'objet de révisions pour s'assurer que le cahier des charges est respecté.

Quelles sont les estimations du risque de rentrée accidentelle ?

• risque, pour la population mondiale, découlant d'une rentrée accidentelle dans l'atmosphère terrestre est très faible.
• série d'essais et d'analyses approfondies a été conduite pour déterminer et valider des méthodes de conception et des mesures propres à réduire la proba-bilité d'une rentrée accidentelle lors du survol de la Terre à moins de 1 sur 1 million. Cette faible probabilité, qui a été validée par des experts indépendants de la NASA, a été obtenue endéviant la trajectoire du satellite par rapport à la Terre. Cette méthode, dite de trajectoire d'évitement, jointe à la conception redon-dante du satellite, à des systèmes intégrés de détection et de correction d'erreur et à la possibilité, pour les contrôleurs au sol, d'envoyer des signaux au satel-lite, conduit à une probabilité d'impact avec la Terre extrêmement faible.

Figure 1.french words needed

Est-ce qu'une défaillance isolée du satellite ou un petit défaut d'allumage des moteurs de Cassini peut provoquer une rentrée accidentelle ?

La réponse est non. Le risque d'une rentrée accidentelle dans l'atmosphère terrestre est très improbable (moins de 1 sur 1 million), même en cas de panne du satellite ou de défaut d'allumage des moteurs de Cassini.

• accident lors du survol n'est concevable que si une séquenced'événements ou de pannes extrêmement improbable se produisait.
• majorité des pannes envisageables ne modifieraient pas la trajec-toire du satellite.
• placer Cassini sur une trajectoire de rentrée, il faudrait qu'une panne du satellite ou qu'une collision avec un micrométéorite provoque une modification de vitesse et de cap correspondant exactement à la trajectoire d'impact avec la Terre.
• trajectoire de Cassini ne sera jamais dirigée directement vers la Terre.Les impacts de micrométéorite ou les défaillances susceptibles de modifier la vitesse du satellite et de le réorienter vers la Terre représentent un très faible pourcentage des cas envisageables.
• outre, si une défaillance du satellite devait se produire, il faudrait qu'elle soit suffisamment grave pour que ni les systèmes automatiques embarqués, ni les systèmes redondants, ni les contrôleurs de vol ne puissent prendre les mesures correctives pour placer le satellite sur une trajectoire évitant la Terre.

La NASA n'a-t-elle pas sous-estimé le nombre de cancers pouvant résulter d'un éventuel accident de Cassini lors du survol de la Terre ?

Non. En fait, les analyses ont été conduites selon des méthodes conformes aux pratiques agréées par les organisations indépendantes nationales et internationales de protection contre les rayonnements, comme la Commission internationale de protection radiologique.

Si un "RTG" (Générateur Thermoélectrique à Radio-isotopes, "Radioisotope Thermoelectric Generator, RTG") se désagrège dans l'océan, peut-il détruire la faune et la flore marines environnantes ? Quelles seraient les conséquences sur celles-ci si un "RTG" se disloquait en retombant dans l'océan ?

• expériences conduites avec des pastilles de dioxyde de plutonium (PuO₂) directement exposées à l'eau de mer pendant trois ans ont mis en évidence de très faibles vitesses de dissolution. L'essentiel du PuO₂ dissout deviendrait solide pour se fixer sur des sédiments saturés, ce qui ne laisserait que de faibles quantités susceptibles de faire l'objet d'une accumulation biolo-gique par la faune aquatique. Une bio-accumulation de PuO₂ se produirait chez les petites espèces aquatiques, notamment celles qui creusent leur abri dans le sédiment et en ingèrent avec leur nourriture. Or, des études ont montré que la sensibilité aux effets des rayonnements diminue dans les niveaux trophiques inférieurs de la chaîne alimentaire en partie du fait de la durée de vie moyenne inférieure de la faune concernée.
• cas où des capsules chargées de combustible ou des conteneurs de graphite tomberaient dans l'océan sans avoir été endommagés, ils se retrouveraient rapi-dement enrobés de dépôts minéraux provenant de l'eau de mer, ce qui empê-cherait toute corrosion ultérieure et, par conséquent, tout dégagement de PuO₂ dans l'environnement aquatique.

Pourquoi ne pas utiliser l'énergie solaire pour Cassini ?

Nous sommes arrivés à la conclusion qu'il fallait 12 instruments scientifiques pour étudier Saturne, ses anneaux, ses satellites et sa magnétosphère sur une durée de 4 ans si l'on veut respecter les objectifs scientifiques de la mission Cassini tels qu'ils ont été définis par le Comité pour l'exploration du système solaire de la NASA. Il en résulte une consommation de puissance comprise en 600 et 700 W pour le satellite et ses instruments dans l'espace profond. Cette puissance électrique doit être produite de manière fiable pendant plus de 12 ans à une distance 9 fois supérieure à celle qui sépare la Terre du Soleil, avec un générateur suffisamment compact et léger pour pouvoir être lancé depuis la Terre et atteindre Saturne.

Le Laboratoire d'Exploration Planétaire de la NASA, "Jet Propulsion Laboratory" (JPL) a conduit une analyse approfondie des systèmes d'alimentation électrique existants, incluant un grand nombre de générateurs solaires, de batteries, de photopiles à longue durée de vie, ainsi que des systèmes hybrides, afin de déterminer le mode d'alimentation qui convient le mieux à la mission Cassini. Il en ressort que le satellite Cassini équipé des meilleures photopiles disponibles en termes d'efficacité (y compris les nouvelles piles à haut rendement en cours de développement à l'ESA) aboutirait à un véhicule trop lourd pour pouvoir être lancé vers Saturne. Les panneaux solaires qui en résulteraient auraient une taille supérieure à celle de deux courts de tennis. Les RTG constituent le seul système d'alimentation viable pour la mission Cassini. Voir à ce sujit le texte de l'ESA: "Comparaison des missions Rosetta et Cassini/Huygens".

Pourquoi Cassini utilise-t-il du plutonium ?

Depuis les années 1950, pratiquement tous les radio-isotopes d'origine naturelle ou humaine ont été évalués afin de déterminer ceux qui sont utilisables comme sources thermiques pour les applications faisant appel à l'énergie thermo-électrique (notamment les générateurs thermoélectriques à radio-isotopes [RTG]).

Pour satisfaire à nos besoins, l'isotope doit :

• une longue période de demi-vie (15 à 100 ans) afin de produire suffi-samment de chaleur pour que les convertisseurs thermoélectriques à semi-conducteurs puissent produire de l'électricité pendant de nombreuses années ;
• une puissance volumique telle qu'une faible quantité (en termes de masse) puisse produire une chaleur élevée ;
• un combustible stable aux températures élevées afin que l'essentiel de ses caractéristiques demeurent inchangées au fil des ans ;
• des émissions de neutrons et/ou de rayons gamma relativement fai-bles afin de ne pas avoir d'incidence négative sur les instruments du satellite (en évitant, par exemple, le recours à un blindage excessivement lourd).

Le seul isotope (sur plus de 1400) qui réponde à ces critères est le plutonium 238. Un RTG contient environ 10,9 kg de dioxyde de plutonium (sous la forme d'une céramique constituée principalement de l'isotope plutonium 238) capable de produire au départ environ 280 W de puissance électrique et encore quelque 230 W au bout de 10 ans. Il faut deux "RTG" (Générateur Thermoélectrique à Radio-isotopes) pour produire la puissance de 400 W qu'exige l'orbiteur Cassini, plus un troisième pour exécuter les man_uvres spécifiques (notamment l'insertion sur l'orbite de Saturne) et pour faire fonctionner les instruments scientifiques (radar sur Titan, par exemple).

Certains disent que Cassini pourrait utiliser des photopiles à haut rendement de l'Agence Spatiale Européenne, fabriquées en Italie, à la place des RTG. Qu'en est-il ?

• affirmation est inexacte.
• Laboratoire d'Exploration Planétaire de la NASA, "Jet Propulsion Laboratory" (JPL) de la NASA a conduit une analyse approfondie des systèmes d'alimentation électrique existants, incluant un grand nombre de générateurs solaires, de batteries, de photopiles à longue durée de vie, ainsi que des systèmes hybrides, afin de déterminer le mode d'alimentation qui convient le mieux à la mission Cassini.
• ressort d'une étude du JPL qu'un satellite Cassini équipé des meilleures photopiles disponibles en termes d'efficacité (y compris les nouvelles piles à haut rendement en cours de développement à l'ESA) aboutirait à un véhicule trop lourd pour pouvoir être lancé vers Saturne. Les panneaux solaires qui en résulteraient devraient mesurer plus de 500 m2, soit la surface de deux courts de tennis. Chacun des deux réseaux solaires qu'exigerait le satellite mesurerait quelque 9 m de largeur et 32 m de longueur.
• chercheurs responsables de la mise au point des photopiles de l'ESAont procédé à une évaluation de l'étude du JPL et sont arrivés à la conclusion que «les photopiles LILT ("Low Intensity, Low Temperature" ou Basse Temperature, Basse Intensité) (y compris celles qui sont développées par l'ESA) ne constituent pas une solution viable pour l'alimentation en énergie de Cassini dans la définition actuelle de la mission par la NASA». Voir à ce sujit le texte de l'ESA: "Comparaison des missions Rosetta et Cassini/Huygens".

Pourquoi la NASA utilise-t-elle des méthodes d'évaluation probabiliste des risques ("Probabilistic Risk Assessment PRA") ?

• Commission Rogers, qui a enquêté sur l'accident de Challenger, et le Conseil national de la recherche des Etats-Unis ont tous deux recommandé à la NASA d'avoir davantage recours à des méthodes d'évaluation quantitatives pour ce qui est des risques liés à l'utilisation de systèmes technologiques. L'application de méthodes d'évaluation des risques quantitatives permet d'amé-liorer la sécurité et la fiabilité des systèmes puisqu'elles indiquent quels sont les éléments d'un système qui conditionnent le risque. Les ingénieurs et les décideurs de la NASA utilisent ces informations pour les aider à déterminer si certaines modifications de conception au niveau du système ou de la mission se justifient.
• évaluations quantitatives conduites par la NASA apportent beaucoup plus d'éléments que les analyses classiques par arbres de défaillances utilisées à l'origine pour évaluer les probabilités de risques. Les calculs de la NASA s'appuient sur des données de vol et d'essai des lanceurs ou des satellites, ce qui donne une estimation réaliste des risques. Les évaluations permettent également de mesurer l'incertitude liée aux estimations de risque. Les décideurs disposent ainsi non seulement de la meilleure estimation d'un risque, mais également d'une échelle ou d'un indicateur de confiance pour cette estimation.

2. Qu'est-ce que l'effet de fronde ?

Les missions spatiales interplanétaires ne peuvent être lancées qu'à certaines dates. Les périodes correspondantes sont dénommées "fenêtres de lancement". Elles dépendent à la fois des positions relatives de la Terre et des planètes cibles, ainsi que des capacités des lanceurs disponibles. La fenêtre de lancement principale de Cassini, calculée sur la base de l'alignement des planètes et des capacités du lanceurs Titan IV/Centaur, se situait en octobre 1997. Le véhicule spatial Cassini (qui comprend l'orbiteur et la sonde Huygens) a ainsi été propulsé sur une trajectoire à effet de fronde Vénus-Vénus-Terre-Jupiter (VVEJGA), qui l'enverra vers Saturne, sa destination finale (cf. figure 1).

Figure 2. Figure 2. Trajectoire de Cassini

La raison d'être de la trajectoire VVEJGA tient au fait qu'il n'était pas possible d'envisager une trajectoire directe de la Terre vers Saturne dans le cadre de la mission Cassini. En effet, les lanceurs existants ne fournissent pas une poussée suffisante pour amener directement le satellite à destination.

L'effet de fronde produit par le champ gravitationnel d'une planète modifie la vitesse et le cap du satellite, ce qui réduit les besoins en énergie au départ et permet de lancer le satellite avec la technologie existante, en l'occurrence une fusée Titan IV/Centaur.

Lorsque le satellite arrivera en vue de Saturne, il procédera à toute une série d'observations et de mesures sur une période de quatre ans afin de satisfaire aux objectifs scientifiques de la mission.

Rappel historique de l'effet de fronde

L'effet de fronde, également dénommé assistance gravitationnelle, représente une découverte capitale sans laquelle l'exploration de notre système solaire aurait été impossible. Cette technique est utilisé depuis la mission Mariner 10 de 1973, au cours de laquelle le survol de Vénus a permis de propulser la sonde vers Mercure. Depuis lors, l'effet de fronde a été utilisé avec succès pour de nombreuses missions planétaires, notamment Pioneer 11 à destination de Saturne, Voyager 1 et 2 vers les planètes supérieures, Galileo vers Jupiter et Ulysse vers le Soleil.

La mission probablement la plus spectaculaire a été celle de Voyager 2, au cours de laquelle la sonde a effectué trois survols planétaires (Jupiter, Saturne et Uranus) avant de partir à la rencontre de Neptune en août 1989. La sonde Voyager 2 a ensuite utilisé l'attraction gravitationnelle de cette planète pour se propulser sur une nouvelle trajectoire, qui la fera sortir du système solaire, sa destination finale. Pour programmer la trajectoire après le survol de Neptune, il a fallu évaluer avec précision la masse de la planète et sa distance par rapport à la erre. La man_uvre s'est parfaitement déroulée et Voyager 2 se dirige maintenant vers l'héliopause, limite supposée entre le système solaire et l'espace interstellaire.

Plus récemment, la sonde Galileo, nettement plus imposante, a dû survoler une fois Vénus et deux fois la Terre afin d'acquérir suffisamment d'énergie pour atteindre Jupiter. Contrairement au survol de Neptune par Voyager, pour lequel il a fallu évaluer la position et la masse de la planète, les survols de la Terre par Galileo ont pu être calculés de façon beaucoup plus précise puisque la position et la masse de la Terre sont parfaitement connues. Lors de son premier survol de la Terre en décembre 1990, Galileo est passé à moins de 8 km du point visé, qui se situait à 1 000 km d'altitude au-dessus de la Terre. Au cours du survol de décembre 1992, la précision par rapport au point visé, à 300 km d'altitude, a été ramenée à 2 km.

Possibilité de rentrée accidentelle dans l'atmosphère terrestre

La mission Cassini et son véhicule spatial ont été conçus de manière à réduire à moins de 1 sur 1 million les chances de rentrée atmosphérique accidentelle lors du survol de la Terre. Le Laboratoire d'Exploration Planétaire de la NASA, "Jet Propulsion Laboratory" (JPL) a procédé à une analyse approfondie pour évaluer la probabilité de rentrée accidentelle et pour déterminer les stratégies de conception et les mesures les mieux à même de prévenir ce type de risque. Parmi les mesures prises figurent l'adjonction d'un blindage supplémentaire pour protéger le satellite contre les micrométéorites et l'élévation de l'altitude minimale de survol de la Terre de 500 km à 800 km au moins. Le lancement ayant eu lieu le 15 octobre 1997, l'altitude de survol réelle sera de 1 173 km.

La trajectoire du satellite est spécifiquement calculée pour éviter l'atmosphèreterrestre. Elle est déviée en permanence d'au moins 5 000 km par rapport à l'altitude nominale, sauf pendant les 7 jours précédant le survol. L'éventualité d'une rentrée atmosphérique n'est concevable que si une séquence d'événements ou de pannes extrêmement improbable se produisait. L'immense majorité des pannes envisageables ne modifieraient pas la trajectoire du satellite. Pour que Cassini entre en collision avec la Terre, il faudrait qu'une panne provoque une modification de vitesse et de cap correspondant exactement à la trajectoire d'impact. C'est pourquoi il est hautement improbable qu'un défaut d'allumage du système de propulsion de Cassini se traduise par une rentrée accidentelle. Il convient également de rappeler qu'un certain nombre de man_uvres devront déjà être conduites avec succès pour amener le satellite à quelques dizaines de milliers de kilomètres de la Terre. Une man_uvre effectuée 7 jours avant le survol fera en sorte que le satel-lite passe à l'endroit voulu pour bénéficier de l'effet de fronde.

Résumé

Le survol de la Terre par Cassini s'inscrit dans la suite logique des nombreuses manoeuvres d'assistance gravitationnelle conduites avec succès dans le cadre du programme spatial américain. Le risque de rentrée de Cassini dans l'atmosphère terrestre est inférieur à 1 sur 1 million.

3. L'alimentation en énergie électrique de Cassini

Le système d'alimentation électrique de Cassini, qui fait appel à des générateurs thermoélectriques à radio-isotopes (RTG), est le même que celui qui a contribué à certaines des plus grandes réussites du programme spatial américain, y compris les missions lunaires Apollo et les sondes Viking qui sont allées à la recherche de la vie sur Mars. Ce sont les RTG qui ont permis l'exploration de Jupiter, Saturne, Uranus et Neptune par les sondes Voyager avec le succès que l'on sait, de même que les missions Pioneer à destination de Jupiter et de Saturne. Des RTG sont utilisés pour l'alimentation de la mission Galileo vers Jupiter et de la mission internationale Ulysse d'étude des régions polaires du Soleil.

Des études approfondies menées par le Laboratoire d'Exploration Planétaire de la NASA, "Jet Propulsion Laboratory" (JPL) de la NASA ont montré que la mission Cassini, compte tenu de ses objectifs scientifiques, des lanceurs disponibles, du temps de parcours pour atteindre sa destination et de la distance énorme de Saturne par rapport au Soleil, ne peut se passer de RTG.

Qu'est ce qu'un RTG (Générateur Thermoélectrique à Radio-isotopes, "Radioisotope Thermoelectric Generator, RTG")?

Les RTG sont des systèmes d'alimentation en énergie pour véhicules spatiaux qui sont à la fois légers, compacts et extrêmement fiables. Ce ne sont pas des réacteurs nucléaires et ils ne comptent aucune pièce mobile. Ils n'utilisent aucun processus de fission ni de fusion pour produire de l'énergie. Celle-ci provient de la radio-activité naturelle du plutonium (généralement sous la forme de Pu-238, un isotope à usage non militaire). La chaleur dégagée par ce processus naturel est transformée en électricité par des convertisseurs thermoélectriques à semi-conducteurs.

Sécurité de la conception

Avec 23 missions au cours des trente dernières années, les Etats-Unis peuvent se prévaloir d'un niveau de sécurité exceptionnel dans l'utilisation de RTG. Alors qu'aucun d'entre eux n'a jamais provoqué de panne de satellite sur aucune de ces missions, ils étaient embarqués sur trois d'entre elles qui ont connu des défaillan-ces pour d'autres raisons. Dans tous les cas, les RTG ont fonctionné comme prévu.

Cette réussite est le fruit de plus de 30 années de recherches dans l'étude technique, l'analyse de sécurité et l'essai des RTG. Des dispositifs de sécurité sont intégrés dans la conception des RTG et des essais poussés ont montré que ces générateurs pouvaient résister à des contraintes physiques plus sévères que celles qui peuvent découler de la plupart des accidents.

On notera, tout d'abord, que le dioxyde de plutonium est utilisé comme combustible sous sa forme céramique thermorésistante, ce qui réduit les risques de vaporisation en cas d'incendie ou de rentrée atmosphérique. Sous cette forme, il est également pratiquement insoluble, possède une faible réactivité chimique et, en cas de dislocation, tend à se désagréger en particules et fragments de grandes dimensions non inhalables. Ces caractéristiques permettent de limiter les risques sanitaires en cas d'accident provoquant une fuite de combustible.

D'autre part, le combustible est divisé en 18 petites unités modulaires indépendantes, possédant chacune son propre blindage et sa propre coque de protection. Ce concept réduit les risques de dissémination de combustible en cas d'accident dans la mesure où les modules ne subiraient pas tous le même impact.

Enfin, le combustible est enrobé de multiples couches de matériaux protecteurs, incluant des capsules d'iridium et des blocs de graphite à haute résistance, afin d'éviter toute fuite accidentelle. L'iridium est un métal dur, dont le point de fusion est très élevé, qui résiste à la corrosion et qui est compatible chimiquement avec le dioxyde de plutonium. Ces caractéristiques en font un matériau tout indiqué pour la protection et le conditionnement de chaque pastille de combustible. Le graphite est utilisé pour sa légèreté et sa grande résistance à la chaleur.

On commet parfois l'erreur de mettre les risques d'accident impliquant des RTG sur le même plan qu'un accident dans une centrale nucléaire. Or, il est totalement inexact d'associer un accident de RTG avec Tchernobyl ou tout autre accident par irradiation lié à la fission nucléaire. Les RTG ne font appel à aucun processus de fusion ni de fission et ne peuvent en aucun cas exploser comme une bombe nucléaire dans l'hypothèse d'un accident. De même qu'un accident impliquant un RTG ne peut pas provoquer de maladies graves par irradiation comme celles qui sont liées aux explosions nucléaires.

Figure 3. Les différentes couches protectrices du combustible d'un RTG

La NASA procède à des analyses de sécurité approfondies avant de lancer un satellite équipé de RTG et de nombreuses précautions sont prises pour réduire les risques liés à ce type de mission. Outre les impératifs et revues de sécurité propres à la NASA, les missions qui prévoient l'emport de matières nucléaires sont soumises à une revue de sécurité spécifique incluant des procédures détaillées de vérification, d'essai et d'analyse. Par ailleurs, la mission Cassini fait l'objet d'une évaluation indépendante, conduite dans le cadre de la procédure d'approbation de la sécurité des lancements comportant des matières nucléaires, qui relève d'une Commission interagence de revue de la sûreté nucléaire (INSRP) comprenant des experts du gouvernement, de l'industrie et des milieux universitaires.

Solutions de remplacement des RTG

Selon les conclusions de la NASA, même en utilisant des panneaux solaires équipés des plus récentes photopiles à haut rendement mises au point par l'Agence Spatiale Européenne (ESA), il serait impossible de mener à bien la mission Cassini avec l'énergie solaire. En effet, pour répondre aux exigences de la mission en matière de puissance électrique, les panneaux atteindraient une taille telle que le satellite serait trop lourd pour pouvoir être lancé.

Le survol de la Terre par Cassini

En dirigeant un véhicule spatial sur une trajectoire passant à proximité immédiate d'une planète ou de l'un de ses satellites, il est possible de le propulser vers des destinations plus lointaines avec une vitesse accrue. Dénommée "effet de fronde", ou, en termes plus exacts, assistance gravitationnelle, cette man_uvre est devenue une méthode classique utilisée pour lancer des véhicules lourds, bardés d'instruments, vers les planètes lointaines. La mission Cassini fait appel à cette technique en survolant deux fois Vénus, puis la Terre et Jupiter afin d'atteindre Saturne, sa destination finale.

Le survol de la Terre a été conçu de telle manière que la probabilité de rentrée dans l'atmosphère de notre planète soit extrêmement faible, inférieure à 1 sur 1 million. Les sondes planétaires automatiques de la NASA ont déjà accompli des man_uvres similaires avec une extraordinaire précision. La conception redon-dante des systèmes de Cassini et de ses capacités de navigation permet de contrôler le survol de la Terre avec une précision de 3 à 5 km à une altitude d'environ 1173 km. La sonde Galileo de la NASA a obtenu des précisions du même ordre lorsqu'elle a survolé la Terre en 1990 et 1992.

En outre, la NASA a pris des mesures spécifiques pour concevoir le véhicule etla mission de manière à ce que la probabilité d'impact avec la Terre soit inférieure à 1 sur 1 million. A titre d'exemple, jusqu'au 7ème jour avant le survol de la Terre, le satellite est placé sur une trajectoire qui, en l'absence de man_uvres correctives, le ferait passer à plusieurs milliers de kilomètres de notre planète. Cette trajectoire d'évitement a également pour objet de réduire considérablement le risque d'impact avec la Terre dû à des événements extérieurs aléatoires (comme la perforation du réservoir d'ergols du satellite par un micrométéorite).

Risques d'irradiation par le plutonium 238

Il est important de savoir que, lorsqu'une personne est exposée à desrayonnements, cela ne signifie pas qu'elle va avoir un cancer. Nous sommes quotidiennement exposés à des rayonnements, qui proviennent principalement de sources naturelles présentes dans l'environnement et, dans une moindre mesure, des activités humaines, comme les radiographies. Cette exposition aux rayonnements se mesure en unités de dose dénommées millirem. Parmi les sources naturelles de rayonnement figurent le radon, d'autres matières radioactives présentes dans l'environnement terrestre, les rayons cosmiques et même certaines matières radioactives produites naturellement par le corps humain (cf. figure ci-dessous). L'ensemble de ces diverses sources constitue ce que l'on appelle parfois le "rayonnement de fond". Sur une année, une personne est exposée en moyenne à un rayonnement de fond atteignant au total environ 360 millirem, dont 300 millirem proviennent de sources naturelles (radon, rayons cosmiques, roches et sols). Sur 50 ans, une personne est exposée en moyenne à un rayonnement de fond d'environ 15 000 millirem.

Les scientifiques utilisent une méthode dénommée estimateur des effets sur la santé pour prédire, sur une population donnée exposée à des rayonnements, le nombre de personnes susceptibles de mourir d'un cancer. Le nombre de décès augmente en fonction de la quantité de rayonnements : plus les doses augmentent sur une même population, plus la prédiction d'effets sur la santé est élevée. A titre d'exemple, les habitants de Denver, qui vivent à une altitude de 1500 m, reçoivent une dose de rayonnement plus élevée que ceux qui vivent près du niveau de la mer. La dose supplémentaire due au rayonnement cosmique correspond à environ 30 millirem par an pour chaque habitant de Denver. En utilisant un estimateur des effets sur la santé, un scientifique obtient donc, pour Denver, une estimation légè-rement supérieure à celle d'une agglomération de taille comparable située près du niveau de la mer du fait de cette dose supplémentaire de 30 millirem.

Les lois d'échelle utilisées pour évaluer les décès par cancer en fonction des doses reçues ont tendance à surestimer le nombre de décès liés aux faibles niveaux de rayonnement. C'est pourquoi certains scientifiques estiment posséder suffisamment d'éléments selon lesquels il y aurait un seuil minimal d'exposition aux rayonnements susceptible de déclencher un cancer. Ils expliquent que le corps humain serait en mesure de réparer le petit nombre de cellules pouvant être endommagées par une exposition à faible niveau de rayonnement. Toutefois, la NASA n'a pas retenu cette méthode pour Cassini et a opté pour une démarche plus prudente, selon laquelle même les doses les plus faibles peuvent avoir des effets sur la santé.

Au cas extrêmement improbable où une rentrée accidentelle de Cassini se produirait, une certaine quantité de dioxyde de plutonium pourrait être libérée dans l'atmosphère. Les particules fines de dioxyde de plutonium présentant un risque pour la population resteraient dans la haute atmosphère pendant une longue période. En conséquence, ces particules se répartiraient en très faibles concentra-tions tout autour de la Terre avant d'atteindre la surface, pour la plupart dans les océans. Comme il s'agit d'une matière pratiquement insoluble, elle resterait, pour l'essentiel, piégée dans les océans ou les sols, ce qui ne présente aucun risque sanitaire. Par conséquent, la plupart des matières dégagées ne seraient pas inhalées par la population. La faible part qui le serait serait répartie sur une grande portion du globe. Avec des quantités inhalées aussi faibles, la dose de rayonnement qu'une personne pourrait recevoir serait, au total, inférieure à un millirem sur 50 ans. Ce chiffre est négligeable au regard

des 15 000 millirem que l'on reçoit en moyenne (sur la même période de 50 ans) du fait du rayonnement de fond d'ori-gine naturelle.

CONCLUSION

Les RTG permettent aux satellites de fonctionner à des distances importantes du Soleil ou dans des situations où les générateurs à énergie solaire ne sont pas envisageables. Aucune autre source d'énergie ne peut fournir une puissance utile, une fiabilité et une longévité comparables pour les missions vers les confins du système solaire et ils offrent un haut niveau de sécurité.

Avertissement: Le texte qui suit a été écrit par l'Agence Spatiale Européenne (European Space Agency, ESA)

Comparaison des missions Rosetta et Cassini/Huygens

Caractéristiques respectives des panneaux solaires et des Générateurs Thermoélectriques à Radio-isotopes ("Radioisotope Thermoelectric Generator, RTG" en anglais)

Cassini est un véhicule spatial scientifique du laboratoire JPL de la NASA emportant à son bord la sonde Huygens de l'Agence Spatiale Européenne (ESA). La destination finale de Cassini est la planète Saturne tandis que Huygens a pour destination un satellite de Saturne, Titan. Cassini a été lancé en 1997 et doit atteindre Saturne en 2004. L'alimentation en énergie de Cassini repose sur des générateurs thermoélectriques à radio-isotopes (RTG).

Rosetta est un véhicule spatial scientifique de l'ESA actuellement en cours de développement, conçu lui aussi pour un voyage dans l'espace lointain. Il doit être lancé en 2003 pour un rendez-vous avec la comète Wirtanen en 2011. L'alimentation en énergie de Rosetta repose sur des panneaux solaires.

Il y a plusieurs années, un ingénieur de l'ESA aurait évoqué la possibilité de remplacer les RTG de Cassini par des panneaux solaires.

A cette époque, l'ESA venait de s'engager dans un nouveau programme de développement de photopiles destinées à une utilisation dans l'espace lointain, loin du Soleil, les « photopiles LILT » (pour Low Intensity, Low Temperature ou Basse Température, Basse Intensité). Cette technologie n'était alors pas encore démontrée et il n'était pas possible de faire des prévisions ni de donner des garanties sur les résultats à attendre.

L'utilisation de telles photopiles se heurte au problème de la diminution considérable de l'éclairement solaire à des distances de plusieurs unités astronomiques (une unité astronomique ou 1 UA équivaut à la distance Soleil-Terre) et à celui des très basses températures qui règnent à ces distances extrêmes. Le programme de développement engagé a fourni quelques années plus tard (5 à 6 années plus tard) une solution à la mission Rosetta de l'ESA qui e situe, en fait, à l'extrême limite des possibilités de cette technologie.

Rosetta s'éloignera à 5,5 UA au maximum (soit 825 millions de kilomètres) du Soleil et aura besoin d'une puissance d'environ 300 W pour fonctionner à cette distance. Les panneaux solaires nécessaires mesurent environ 60 m² et la température de fonctionnement devrait se situer entre et +80°C au lancement et -125°C à 5,5 UA. Les travaux actuels de développement des photopiles montrent que ces contraintes sont difficilement respectées de justesse et que l'on peut déployer des panneaux solaires de 62 m² pliés en cinq de chaque côté, ce qui là encore représente la limite de la technologie actuelle en la matière.

La mission Cassini doit produire une puissance d'environ 650 W à une distance

de 10 UA (1 500 millions de kilomètres), distance où se trouve Saturne. En principe, il faudrait pour y parvenir, si l'on s'inspirait de la technologie LILT actuelle, des panneaux solaires dont la surface serait supérieure à 350 m², ce qui correspond à une masse estimée à plus d'une tonne. Le pliage de tels panneaux, leur lancement dans l'espace et leur déploiement ultérieur ne sont pas réalisables avec les lanceurs actuels et la technologie dont on dispose pour les mécanismes des panneaux solaires. Une mission autour de Saturne avec des panneaux solaires n'est techniquement pas envisageable dans un avenir proche.

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