La sonde interplanétaire Dawn à l’approche de la planète naine Ceres (vue d’artiste). On distingue clairement les trois propulseurs ioniques à grilles NSTAR.
Crédits : NASA.
La sonde spatiale américaine Dawn (Aube, Aurore en français) vient d’arriver au voisinage de la planète naine Ceres après un périple de plus de sept ans.
Dawn, développée conjointement par la NASA JPL et Orbital Science, a pour objectif de visiter les protoplanètes Vesta et Ceres situées dans la ceinture d’astéroïdes entre Mars et Jupiter. Dawn a été lancée de Cap Canaveral en Floride en 2007. Après avoir survolé et étudié Vesta de juillet 2011 à septembre 2012, la sonde interplanétaire vient de se mettre en orbite autour de Ceres, la plus massive des protoplanètes de notre système solaire. Dawn va observer ce grand corps pendant 16 mois ; les scientifiques espèrent ainsi pouvoir résoudre le mystère des spots lumineux présents sur certains clichés.
La sonde est propulsée par 3 moteurs ioniques à grilles aidés par 9 moteurs à hydrazine pour les manoeuvres de corrections. Les moteurs à grilles sont dérivés du moteur NSTAR du NASA Glenn qui équipait la sonde Deep SPace 1.
Chaque moteur, qui fonctionne avec du xénon comme carburant, a une impulsion spécifique (Isp) de 3100 s et délivre une poussée de 92 mN au maximum. La sonde, en particulier les propulseurs ioniques, est alimentée par des panneaux solaires capables de fournir 10 kW à 1 unité astronomique (1,4960×1011 m ; soit environ la distance moyenne Terre – Soleil).
La masse sèche de la sonde est de 680 kg. La charge utile (matériel scientifique d’observation et de mesures) pèse 45 kg. Pour se déplacer, la sonde embarquait au décollage 45 kg d’hydrazine et 450 kg de Xe. La masse total du Dawn était donc de 1220 kg. Ces chiffres, combinés aux données du NSTAR, permettent de calculer l’incrément de vitesse ΔV que la sonde peut réaliser. La vitesse d’éjection des ions est donnée par ve = Isp×g, où g est l’accélération de la pesanteur terrestre (9,81 m/s2). On obtient ve = 30411 m/s, soit une tension d’accélération de 630 V en supposant que seuls des ions chargés une fois (Xe+) sont éjectés. L’équation de Tsiolkovsky donne le Δv théorique si le moteur délivre l’Isp maxium en permanence ; on alors Δv = 15,8 km/s. L’incrément de vitesse réel de Dawn est de l’ordre de 10 km/s.
Le lecteur intéressé trouvera de plus amples informations sur la sonde Dawn dans Article de Marc D. Raymana et al publié en 2006 dans la revue Acta Astronautica : Dawn: A mission in development for exploration of main belt asteroids Vesta and Ceres.