Dans la science-fiction, les explorateurs peuvent sauter dans des vaisseaux spatiaux futuristes et traverser la moitié de la galaxie en un clin d'œil. Cependant, cela met de côté les acrobaties de navigation nécessaires pour garantir le succès de la mission dans la vie réelle.

En 2021, l'exploit de navigation qu'est la mission Lucy va se lancer. Diriger Lucy vers ses cibles n'implique pas simplement de programmer une carte dans un vaisseau spatial et de lui donner de l'argent pour le gaz - il passera par six cibles d'astéroïdes, chacun sur des orbites différentes, sur une période de 12 ans.

La destination de Lucy est parmi les astéroïdes troyens de Jupiter, des amas de corps rocheux presque aussi vieux que le Soleil lui-même, et visiter ces astéroïdes peut aider à percer les secrets du système solaire primitif. Lucy rencontrera un astéroïde de la ceinture principale en 2025, où il effectuera un essai de ses instruments avant de rencontrer les quatre premiers chevaux de Troie de 2027 à 2028. En 2033, Lucy terminera sa mission par l'étude d'un système binaire de deux chevaux de Troie en orbite l'un autour de l'autre.

Amener le vaisseau spatial là où il doit aller est un énorme défi. Le système solaire est en mouvement constant, et les forces gravitationnelles tireront sur Lucy à tout moment, en particulier des cibles qu'il vise à visiter. Les missions précédentes ont survolé et même mis en orbite plusieurs cibles, mais aucun autant que Lucy.

Les scientifiques et les ingénieurs impliqués dans la conception de la trajectoire ont la responsabilité de déterminer cette route, sous le chef d'équipe de dynamique de vol Kevin Berry du Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt, Maryland. L'un de ces ingénieurs est Jacob Englander, le responsable technique d'optimisation de la mission Lucy. "Il y a deux façons de naviguer dans une mission comme Lucy, " Il a dit. " Vous pouvez soit brûler une énorme quantité de propulseur et zigzaguer pour essayer de trouver plus de cibles, ou vous pouvez rechercher une opportunité où ils s'alignent tous parfaitement." Pour visiter ces cibles alignées, la majorité des changements de voie à grande vitesse de Lucy proviendront des aides à la gravité, avec une utilisation minimale de réglages alimentés.

Bien que Lucy soit programmée pour se jeter dans un alignement céleste qui ne se produira pas avant des décennies, il ne peut pas être laissé à lui-même. Une fois que le vaisseau spatial commence à s'approcher de ses cibles d'astéroïdes, la navigation optique est la prochaine étape requise.

"OpNav, " comme l'appelle Coralie Adam, responsable technique de la navigation optique, est l'utilisation des images des caméras embarquées pour déterminer la position de Lucy par rapport à la cible. Il s'agit d'une mesure utile utilisée par l'équipe de navigation pour modifier l'itinéraire de Lucy et s'assurer qu'il reste sur la trajectoire nominale de survol. Adam travaille à Simi Valley, Californie, avec KinetX, la société que la NASA a choisie pour conduire la navigation dans l'espace lointain de Lucy.

En utilisant la liaison de communication entre le vaisseau spatial et la Terre, Adam a dit, l'équipe Lucy obtient des informations sur l'emplacement du vaisseau spatial, direction et vitesse. Le vaisseau spatial prend des photos et les envoie sur Terre, où Adam et d'autres navigateurs optiques utilisent un logiciel pour déterminer où la photo a été prise en fonction de l'emplacement des étoiles et de la cible. L'équipe de détermination de l'orbite utilise ces données ainsi que les données de la liaison de communication pour déterminer où se trouve le vaisseau spatial et où il devrait se trouver, par rapport aux chevaux de Troie. L'équipe conçoit ensuite une manœuvre de correction de trajectoire pour mettre Lucy sur la bonne voie. « La première manœuvre est minuscule, " a déclaré le chef technique de la navigation Dale Stanbridge, qui est aussi de KinetX. "Mais le second est à 898 mètres par seconde. C'est une caractéristique de Lucy :de très grandes manœuvres delta V." Delta V fait référence au changement de vitesse pendant la manœuvre.

Communiquer toutes ces commandes de navigation avec Lucy est un processus en soi. "Lockheed Martin envoie les commandes au vaisseau spatial via le Deep Space Network, " a déclaré Adam. " Ce que nous faisons, c'est que nous travaillons avec Lockheed et le Southwest Research Institute, où les équipes séquencent les instruments et conçoivent la façon dont le vaisseau spatial est pointé, pour s'assurer que Lucy prend les photos que nous voulons quand nous le voulons."

"Les manœuvres pour corriger la trajectoire de Lucy vont toutes être vraiment critiques car le vaisseau spatial doit rencontrer le cheval de Troie à l'intersection du vaisseau spatial et des plans orbitaux de Troie, " a déclaré Stanbridge. " Changer le plan orbital du vaisseau spatial nécessite beaucoup d'énergie, les manœuvres doivent donc être exécutées au moment optimal pour atteindre le corps suivant tout en minimisant le coût du carburant."

Pendant que Lucy effectue des manœuvres dans l'espace lointain pour corriger sa trajectoire vers ses cibles, les communications avec le vaisseau spatial sont parfois perdues pendant de brèves périodes. "Les périodes d'interdiction peuvent aller jusqu'à 30 minutes pour certaines de nos plus grandes manœuvres, " a déclaré Stanbridge. " D'autres fois, vous pourriez perdre la communication, c'est quand, par exemple, le soleil, entre la station de suivi de la Terre et le vaisseau spatial, où le signal serait dégradé en passant à travers le plasma solaire."

Perdre le contact n'est pas catastrophique, bien que. "Nous avons des prédictions haute fidélité de la trajectoire de l'engin spatial qui sont facilement assez bonnes pour reprendre le suivi de l'engin spatial lorsque l'événement provoquant une perte de communication est terminé, ", a déclaré Stanbridge.

Quelle route prendra Lucy une fois sa mission terminée, dans près de 15 ans ? "Nous allons juste le laisser là-bas, " Englander a déclaré. "Nous avons fait une analyse pour voir si cela touche passivement quelque chose, et en regardant loin dans l'avenir, ce n'est pas le cas." L'équipe de Lucy a donné au vaisseau spatial une voie claire pendant des milliers d'années, longtemps après que Lucy ait réécrit les manuels sur l'histoire de notre système solaire.