Fobos | La DAS

1. Généralités

Chacune des deux sondes Fobos est équipée d'une Station Autonome de Longue durée DAS (Долгоживущая автономная станция). Il s'agit d'une plate-forme de 67kg capable d'atterrir sur le sol de Phobos, de s'y arrimer et de fonctionner pendant douze mois. Elle emporte sept instruments scientifiques, d'une masse totale de 18,1kg [5].

Fig. 1.1 : Vue d'artiste de la DAS sur le sol de Phobos.
Crédit : IKI.

Fig. 1.2 : Modèle d'essai de la DAS, en position rétractée.
Musée de NPO Lavotchkine. Crédit : LiveJournal.

Fig. 1.3 : Préparation d'une DAS.
Crédit : Проект Фобос.

L'ensemble de la charge utile scientifique est contrôlée par le boîtier BUSI, fourni par le Centre de Recherches en Physique Wigner de Hongrie.

Fig. 1.4 : Le BUSI.
Crédit : Wigner.

2. Séquence d'atterrissage

La DAS se sépare de la sonde Fobos à la vitesse de 2,2m/s, et est stabilisée par des moteurs à gaz jusqu'à ce que sa vitesse angulaire soit inférieure ou égale à 2rd/s. Elle entame alors son approche de la surface de Phobos, qu'elle peut atteindre avec une vitesse verticale maximale de 4m/s et une vitesse horizontale maximale de 2m/s.

Elle est équipée de trois capteurs qui détectent le contact avec la surface. Quand le contact est détecté, quatre moteurs à ergols solides dirigés vers le haut sont mis en service et maintiennent la DAS contre le sol. Un harpon est alors déclenché par une charge pyrotechnique et s'enfonce dans le sol pour arrimer définitivement la sonde, à laquelle il est relié par un câble.

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Vidéo 2.1 : Atterrissage de la DAS sur Phobos.
Crédit : CNES.

Dix minutes après l'arrimage, un moteur électrique permet de déployer verticalement la DAS. Le plateau abritant les instruments scientifiques est ainsi surélevé de 80cm. Trois panneaux solaires sont ensuite déployés, et sont orientés vers le Soleil grâce à l'instrument Sténopée.

Fig. 2.1 : Schéma de la DAS ancrée dans le sol de Phobos.
Crédit : IKI.

3. Instrumentation

3.1. Le spectromètre

Afin d'étudier la composition élémentaire de la surface de Phobos, la DAS emporte l'instrument ALPHA-X, fourni par l'Institut Max Planck de Physique et d'Astrophysique, en Allemagne de l'Ouest.

Il s'agit d'un spectromètre d'analyse des particules alpha et des rayons X. Le principe de fonctionnement consiste à bombarder le sol de Phobos avec des particules alpha et des rayons X émis par des sources radioactives, et à établir à l'aide de détecteurs le spectre des rayonnements émis par le sol en réponse à cette excitation [2].

ALPHA-X a une masse totale de 2,5kg et consomme 2,0W. Il est constitué d'un boîtier de commande situé dans la DAS, et de deux détecteurs situés chacun à l'extrémité d'un bras déployable [2].

Fig. 3.1.1 : L'un des deux détecteurs d'ALPHA-X.
Musée de NPO Lavotchkine. Crédit : LiveJournal.

Le détecteur de particules alpha abrite une masse de Curium 244 (244Cm) avec une activité de 666MBq qui émet les particules alpha, et d'une plaque de silicone qui reçoit les alphas diffusés par le sol [2].

Fig. 3.1.2 : Schéma du détecteur de particules alpha d'ALPHA-X.
Crédit : HOVESTADT ([2]).

Le détecteur de rayons X abrite une source de 244Cm qui émet des particules alpha (avec une activité de 1,11GBq), et une source de Cadmium 109 (109Cd) qui émet des rayons X (avec une activité de 2,59GBq). La détection des rayons X diffusés par le sol de Phobos après excitation par les sources est assurée par un cristal de silicium dopé au lithium Si(Li) [2].

Fig. 3.1.3 : Schéma du détecteur de rayons X d'ALPHA-X.
Crédit : HOVESTADT ([2]).

L'utilisation simultanée des particules alpha et des rayons X est particulièrement adaptée à ce type d'applications, car les premiers sont efficaces sur les éléments légers, et les seconds sur les éléments lourds. Ce type d'instrument a été utilisé pour la première fois sur la sonde lunaire Surveyor 5, en septembre 1967.

3.2. Le sismomètre

La DAS est équipée du sismomètre SE-XYZ fourni par l'IKI qui permet d'étudier la structure interne de Phobos [4].

3.3. Sténopée

L'expérience Sténopée est fournie par le Service d'Aéronomie du CNRS. Elle vise à déterminer l'amplitude et la fréquence des modes de librations de Phobos. Lors de l'arrimage du DAS sur la surface, Sténopée se tourne vers le Soleil avec une précision de ±3° et se verrouille dans cette position.

Fig. 3.3.1 : L'instrument Sténopée.
Crédit : CNES.

Des images sont alors prises à intervalles réguliers, et elles permettent de comparer la trajectoire du Soleil vu depuis Phobos avec celle issue de la théorie. L'analyse des données permet d'en déduire les mouvements de libration libres et forcés de Phobos [4].

3.4. Les caméras

La DAS est équipée de deux appareils photo numériques fournis par le Service d'Aéronomie du CNRS. Ils permettent de prendre des clichés haute résolution de la surface de Phobos afin d'en étudier la microstructure [4].

Fig. 3.4.1 : Les appareils photo.
Musée de NPO Lavotchkine. Crédit : LiveJournal.

Les deux appareils photo sont disposés côte à côte, et permettent d'obtenir des clichés stéréoscopiques de la surface [6].

Fig. 3.4.2 : Les appareils photo.
Crédit : Проект Фобос.

3.5. Le pénétromètre

La DAS est équipée d'un pénétromètre appelé RAZREZ, fourni par l'IKI, destiné à l'étude des propriétés physiques et mécaniques de la surface de Phobos [4].

3.6. Le système radio

La DAS est équipée d'un système radio pour transmettre ses données directement à la Terre. Ce système radio est également utilisé à des fins scientifiques, en utilisant le principe d'interférométrie à très longue base (VLBI, Very Long Baseline Interferometry) pour mesurer avec précision l'orbite de Phobos.

Il s'agit d'une expérience conjointe de l'IKI, du CNES et de la NASA. Un signal est émis depuis la Terre, il est renvoyé par le répéteur de la DAS et capté par deux stations terrestre. La première est à Eupatorie, en Crimée, et la seconde à Goldstone, aux Etats-Unis. Ce type de mesure offre une meilleure précision (5nrad) depuis le sol de Phobos que depuis les sondes Fobos elles-mêmes, car elle ne sont pas affectées par les forces autres que gravitationnelles [3].

3.7. La sonde thermique

La DAS est équipée d'une sonde de température installée dans le harpon afin de mesurer la température [4].

Bibliographie

[1] BALEBANOV, V., На бреющем - над Фобосом, Техника молодежи №04-1987
[2] HOVESTADT, D., et al., In-situ measurement of the surface composition of the Mars moon Phobos : the ALPHA-X experiment on the Phobos mission
[3] Espace Information n°40, octobre 1988
[4] Objectif... Phobos, brochure du CNES
[5] "Фобос": этапы полета и научные задачи, Zemlia i Vselenaïa n°06-1988
[6] Film "Проект Фобос"


Dernière mise à jour : 23 novembre 2016