ESA

Le premier instrument à mesurer directement la gravité à la surface d'un astéroïde a été testé au Laboratoire des systèmes mécaniques de l'ESA.

Le gravimètre GRASS sera posé à la surface de l'astéroïde Dimorphos à bord du Juventas CubeSat - qui sera lui-même déployé à partir de la mission Hera de l'ESA pour la défense planétaire - et est conçu pour mesurer un niveau de gravité attendu inférieur à un millionième de celui de la Terre.

Le gravimètre pour petits objets du système solaire, GRASS, a été développé par l'Observatoire royal de Belgique (ORB) avec la société espagnole EMXYS.

Pour prouver qu'il était prêt à être intégré au Juventas CubeSat d'Hera, GRASS a été soumis à un vide spatial et à des températures extrêmes dans une chambre à vide thermique, puis a subi des secousses soutenues pour imiter la violence d'un lancement de fusée.

"C'est peut-être petit mais GRASS regorge de pièces mécaniques et électroniques complexes", explique Jose Carrasco, qui supervise les instruments chez EMXYS. "Nous sommes très satisfaits de son endurance pendant la campagne de tests. Nous allons maintenant faire un suivi avec un test d'intégrité complet pour nous assurer qu'il n'a subi aucun dommage pendant les tests, après quoi il sera transmis à la société GomSpace au Luxembourg pour intégration à bord. Juventas."

L'instrument en forme de L, de la taille de deux smartphones collés ensemble, est conçu pour mesurer des niveaux de gravité minuscules, car l'astéroïde Dimorphos sur lequel il se posera est le plus petit objet planétaire jamais visité par un vaisseau spatial. Avec environ 160 m de diamètre, c'est à peu près la même taille que la grande pyramide égyptienne de Gizeh.

Dimorphos est devenu célèbre l'année dernière lorsqu'il a été touché par le vaisseau spatial DART de la NASA, envoyant des panaches de débris sur des milliers de kilomètres à travers l'espace et en déplaçant de manière mesurable son orbite autour du plus grand astéroïde Didymos.

"La mission Hera de l'ESA est la contribution de l'Europe à une expérience internationale de défense planétaire", explique Hannah Goldberg, ingénieur système Hera. "Après l'impact DART, Hera collectera des données rapprochées sur l'astéroïde Dimorphos pour transformer cette expérience d'impact cinétique en une méthode de défense planétaire bien comprise et en principe reproductible. Les mesures de gravité de surface de GRASS aideront les chercheurs à connaître la masse précise de l'astéroïde. astéroïde, ainsi que des expériences de radioscience réalisées par le vaisseau spatial principal Hera."

La conception du gravimètre GRASS implique deux ensembles de fines lames qui sont ancrées dans des berceaux, qui tournent tous deux en continu. Le moindre mouvement de chaque lame modifie la tension globale de la lame elle-même et de ses parois environnantes. Cette technique de mesure basée sur la capacité donne au gravimètre une sensibilité équivalente à un seul micromètre – ou millième de millimètre.

Özgür Karatekin de ROB ajoute : "De toute évidence, les performances réelles du gravimètre ne peuvent pas être démontrées directement ici sur Terre, mais nos tests en laboratoire couplés à des simulations numériques ont montré que nous avons atteint une sensibilité suffisamment élevée pour détecter une gravité aussi faible."

L'équipe GRASS a également dû concevoir un instrument suffisamment petit pour tenir dans le Juventas CubeSat, lui-même de la taille d'une boîte à chaussures, ainsi que l'instrument radar principal de Juventas. Dans le cas où leur conception finale ne pèse que 330 grammes et ne nécessite qu'un demi-watt de puissance.

Jose Carrasco note: "L'Observatoire royal de Belgique a contribué à la conception mécanique, y compris les deux pales, les berceaux et les moteurs rotatifs, tandis qu'EMXYS a dû assembler une électronique suffisamment compacte pour faire fonctionner l'instrument, y compris une utilisation abondante de pièces commerciales prêtes à l'emploi."

GRASS sera activé au fur et à mesure que Juventas tombera à la surface de Dimorphos après la conclusion de sa campagne d'imagerie radar souterraine. Le gravimètre enregistrera l'impact sur l'astéroïde, tous les rebonds ultérieurs, puis tout changement de gravité de surface au fil du temps, en raison de l'influence de son astéroïde parent Didymos.

Özgür Karatekin explique : « Nous devons supposer que Juventas pourrait atterrir sous n'importe quel angle sur Dimorphos, de sorte que ses panneaux solaires seront potentiellement empêchés de générer de l'énergie supplémentaire. Au lieu de cela, GRASS fonctionnera sur la batterie interne de Juventas jusqu'à 20 heures.

"De plus, comme les deux gravimètres de l'instrument sont positionnés à angle droit l'un par rapport à l'autre et continuent de tourner, l'instrument peut construire le vecteur de gravité 3D et surveiller ses variations depuis n'importe quelle position d'atterrissage."

Une fois intégré à Juventas, GRASS sera ensuite testé dans le cadre du nanosatellite global.

Basé au centre technique ESTEC de l'ESA aux Pays-Bas, le laboratoire des systèmes mécaniques est équipé pour les essais environnementaux d'instruments, de sous-systèmes ou de petits engins spatiaux entiers. Il fait partie d'une suite d'environ 35 laboratoires ESTEC, chargés d'étudier tous les aspects de l'environnement spatial.

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