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.
ESA |
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NASA |
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NASA |
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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: