PROJET

CASSINI-HUYGHENS VERS SATURNE ET TITAN

Créé - Mise à jour 2/2005, ( inachevé sept 2011)

La mission Cassini-Huyghens, projet conjoint de la Nasa et des agences spatiales européenne et italienne, a été débutée en 1997 de Cap Canaveral (Floride) afin d'étudier Saturne, ses anneaux, ses lunes et sa magnétosphère.

Le 14 janvier 2005 la partie européenne de la sonde nommée HUYGHENS s'est posée sur le "sol" de TITAN un satellite de Saturne, après un voyage de plus de 7 ans. L'autre partie Cassini restant en orbite autour de Saturne pour relayer les transmissions et bien sûr effectuer d'autres observations scientifiques.

Pour la communauté scientifique mondiale et l'humanité entière, c'est un événement sans précédent qui nous aidera peut-être à comprendre l'origine de la vie sur Terre.

http://www.esa.int/SPECIALS/Cassini-Huygens/

ESA

http://saturn.jpl.nasa.gov/operations/saturn-tour.cfm

NASA

http://photojournal.jpl.nasa.gov/catalog/PIA06998

NASA

http://saturn.jpl.nasa.gov/mission/gravity-assists.cfm

NASA

I GENERALITES :

Aucun lanceur ne pouvait en 2005 envoyer directement vers Saturne et Titan ensuite, une masse de 5655 kg pour 3132 kg de carburant et une masse sèche de 2523 kg pour la sonde.

L'équipe scientifique chargée de la mission HUYGHENS-CASSINI a donc opté pour la technique, maintenant éprouvée, de l'assistance gravitationnelle de planètes plus basses que l'objectif à atteindre.

Voir cours sur le TREMPLIN GRAVITATIONNEL

La sonde HUYGHENS s'est détachée de CASSINI restée en orbite saturnienne, et a plongé dans l'atmosphère de Titan, renvoyant vers la Terre les informations recueillies en quelques heures de vie, par l'intermédiaire de CASSINI.

1°) DESCRIPTION DU PERIPLE :

Il demandera l'assistance de 4 planètes, Vénus(2 fois), la Terre et Jupiter, avant d'atteindre ses objectifs.

La mission porte quelquefois le nom : The VVEJGA (Venus-Venus-Earth-Jupiter Gravity Assist) trajectory

Image provenant d'un site NASA

 EVENEMENTS

DATE

Départ de la Terre de Cape Canaveral, fusée Titan IV-Centaur

15 octobre 1997 8 h 43 UTC

Premier tremplin sur Vénus, périgée 1.047 RV avec RV=6052 km.

26 avril 1998 13 h 44 mn 55 s

Manœuvre de recalage d'orbite

3 décembre 1998

Second tremplin sur Vénus , périgée 1.09957 RV

24 juin 1999 3 h 28 mn

Tremplin sur la Terre, périgée 1.1839 RT avec RT=6378 km

18 août 1999 3 h 28 mn

Tremplin sur Jupiter, périgée 138 RJ avec RJ=71398 km

30 décembre 2000 0 h

Survol de PHOEBE la plus proche "lune" de Saturne à 2000 km

11 juin 2004 19 h 32 mn

Traversée des anneaux et manœuvre insertion en orbite autour de Saturne

1 juillet 2004

Second survol imprécis de Titan, imposant une manœuvre de rencontre

13 décembre 12004

Manoeuvre fine de 11.9 m/s

17 décembre 2004 3 h 45 mn

Séparation de Huyghens et de Cassini

25 décembre 2004 2 h

Manœuvre réalisée de 24 m/s, pour survoler Titan à 60000 km

28 décembre 2004 3 h

Survol de Titan à 60000 km et 5400 m/s avec un angle de phase de 93°

14 janvier 2004 11 h 12 mn

Huyghens entre dans l'atmosphère de Titan, angle de rentrée de 65° pour une vitesse de 21600 km/h.

14 janvier 2005 14 h 19

Traversée des anneaux, au nœud ascendant, à 18.4 RS, 7 h 51 mn après le poser sur Titan

14 janvier 16 h 57

 

NB : Les résultats de la mission mettront 1 h 7 mn pour nous parvenir.

 

2005 Saturn Tour Highlights:

Jan. 14, 2005: The European Space Agency's Huygens probe descends through Titan's cloudy atmosphere, touching down on the surface about two and half hours later. Cassini will send the data back to Earth.

Feb. 15, 2005: Cassini makes another pass by Titan. In 2005, the spacecraft will have six chances to study Titan at altitudes ranging from 1,025 kilometers (637 miles) to 60,000 kilometers (37,290 miles).

Mar. 9, 2005: Cassini flies within 500 kilometers (311 miles) of icy Enceladus. Cassini will visit Enceladus five times in 2005.

Sep. 26, 2005: Cassini studies Hyperion at a range of 1,010 kilometers (628 miles), the closest approach ever to the tiny moon. It will be Cassini's only visit to the moon during the primary mission.

Oct. 11, 2005: Cassini turns its instruments on Dione from a distance of 500 kilometers (311 miles).

Nov. 26, 2005: Cassini passes within 500 kilometers (311 miles) of Rhea.

Two minutes and 23 seconds later, the announcer reported that the flawless launch sequence continued with the separation from the Titan IV/B launch vehicle. By then, the spacecraft was already at an altitude of 91,440 meters (360,000 feet) and traveling at 7,046 kilometers (4,378 miles) per hour.

 

2°) LES OUTILS A VOTRE DISPOSITION :

a) Pour des calculs ponctuels :

Les routines en Pascal présentes sur le site :

PAR_RV_S.EXE

Calcul de la position-vitesse connaissant les paramètres orbitaux, centre Soleil

PAR_RV_T.EXE

Calcul de la position-vitesse connaissant les paramètres orbitaux, centre Terre

PAR_RV_H.EXE

Calcul de la position-vitesse connaissant les paramètres orbitaux, centre Terre, pour hyperbole

RV_PAR_S.EXE

Calcul inverse du précédent, centre Soleil

RV_PAR_H.EXE

Calcul inverse du précédent, centre Terre, pour hyperbole

DATE_CAL.EXE

Calcul date calendaire connaissant les dates juliennes

DATEJULI.EXE

Calcul dates juliennes connaissant date calendaire

EPHEMERI.EXE

Ephémérides des principales planètes ( Précision limitée ), à utiliser pour vérification.

LAMBERT1.EXE

Résolution du problème de Lambert en se donnant les coordonnées des 2 points ( Départ, arrivée )

DEUX_PTS.EXE

Résolution du problème de Lambert en se donnant les 2 planètes à joindre

 

Ensemble plus complet à télécharger avec les sources et les unités

b) Routines en C :

Vous trouverez un programme en C, écrit par des anciens du DESS quand il existait encore, résolvant le problème de Lambert.

Il faudrait arriver à l'adapter au moins pour le cas elliptique à un tour, pour qu'il devienne un outil utilisable pour toutes les générations futures d'étudiants. Ensemble à télécharger.

c) Routines du BDL :

Pour mettre en place les éphémérides des planètes et traiter l'information en temps réel, il faut récupérer soit une position-vitesse, soit les paramètres osculateurs auprès du Bureau Des Longitudes.

 II VOTRE TRAVAIL

 

1°) EPHEMERIDES DES CORPS CONCERNES:

Vous réalisez l'ensemble des routines permettant de calculer, aux dates connues, position et vitesse des planètes, Titan et Phoebe, dans un repère héliocentrique avec comme plan fondamental l'écliptique moyen de J2000. Ceci vous familiarisera avec les données du BDL.

Ces routines seront transmises aux professeurs lors de la soutenance.

2°) TRAJECTOIRE C1 DE LA TERRE A VENUS, AVANT LE TREMPLIN N° 1:

Vous traiterez ce problème de 2 manières :

a) Par la méthode de Lambert directe en "oubliant" les sphères d'influence.

b) Par la méthode de Lambert plus fine ( voir cours ), afin d'apprécier le gain de précision.

 3°) TRAJECTOIRE C2 DE VENUS A VENUS, APRES TREMPLIN N°1 ET AVANT TREMPLIN N° 2:

Cette orbite est certainement la plus difficile à étudier, car elle est obtenue après le premier tremplin sur Vénus et ne peut rejoindre Vénus qu'au prix d'une correction de trajectoire effectuée bien évidemment presque'à l'apogée, pour minimiser le coût en ergols.

a) Première approche de C2 :

Avec les 2 dates connues :

Premier tremplin sur Vénus, périgée 1.047 RV avec RV=6052 km , le 26 avril 1998 à 13 h 44 mn 55 s

Second tremplin sur Vénus , périgée 1.09957 RV, le 24 juin 1999 à 3 h 28 mn

Vous déterminez la trajectoire de Lambert qui satisfait au problème et vous en déduisez notamment : les vitesses absolues de départ et d'arrivée, les vitesses à l'infini de départ et d'arrivée.

Vous comparez pou Vénus les 2 vitesses à l'infini après C1 et avant C2, pour esp érer y voir une différence peu significative, montrant que le tremplin 1 pourrait annoncer un tremplin 2 possible sur Vénus..

 

2°) TRAJECTOIRE C3 VENUS A LA TERRE, APRES TREMPLIN N°2 ET AVANT TREMPLIN N° 3:

 

 3°) TRAJECTOIRE C4 DE LA TERRE A JUPITER , APRES TREMPLIN N°3 ET AVANT TREMPLIN N° 4:

 

 3°) TRAJECTOIRE C5 DE JUPITER A SATURNE, APRES TREMPLIN N°4: