Crédit :NASA/Johns Hopkins APL
Cette décennie promet d'être une période passionnante pour l'exploration spatiale. Déjà, le rover Perseverance a atterri sur Mars et a commencé à mener des opérations scientifiques. Plus tard cette année, le télescope spatial James Webb de nouvelle génération, le test de redirection double astéroïde (DART), et le vaisseau spatial Lucy (la première mission vers les astéroïdes troyens de Jupiter) sera lancé. Avant la fin de la décennie, des missions seront également envoyées en Europe et Titan pour étendre la recherche de signes de vie dans notre système solaire.
Actuellement, Le plan de la NASA pour explorer Titan (la plus grande lune de Saturne) est d'envoyer un quadricoptère à propulsion nucléaire nommé Dragonfly pour explorer l'atmosphère et la surface. Cependant, une autre possibilité qui a été présentée cette année dans le cadre du programme NASA Innovative Advanced Concepts (NIAC) est d'envoyer un véhicule de retour d'échantillons avec Dragonfly qui pourrait alimenter en méthane liquide récolté à la surface de Titan.
Connu sous le nom de retour d'échantillon Titan utilisant des propulseurs in situ, cette mission présenterait de sérieux avantages par rapport aux missions classiques de retour d'échantillons. Ordinairement, les missions vers des objets célestes éloignés doivent soit apporter suffisamment de propulseur pour le voyage de retour (ce qui signifie beaucoup de masse supplémentaire et des coûts plus élevés), ou d'avoir une batterie nucléaire pouvant fournir de l'énergie pendant plusieurs années.
La mission Libellule, qui devrait être lancé d'ici 2027 (et arriver à Titan d'ici 2036) passera 2,7 ans à explorer Titan dans le cadre de sa mission principale. Afin d'opérer si loin de chez vous, il s'appuiera sur un Générateur Thermoélectrique Radioisotope Multi-Mission (MMRTG), où la chaleur causée par la lente décroissance radioactive du plutonium génère de l'électricité.
Vue d'artiste de Dragonfly sur la surface de Titan. Crédit :NASA/Johns Hopkins APL
Pendant ce temps, le concept de retour d'échantillon fournirait du carburant pour son vol de retour en utilisant des éléments volatils récoltés à la surface de Titan. Comme vous pouvez le voir sur l'illustration en haut, il se composerait d'un atterrisseur et d'un véhicule de remontée. Une fois ceux-ci posés à la surface de Titan, ils pourraient assister la mission Dragonfly en recevant des échantillons collectés par le quadricoptère.
En utilisant les ressources récoltées in-situ, l'atterrisseur pourrait fournir du méthane liquide et de l'oxygène liquide (créé à partir de la glace locale) pour le véhicule d'ascension. Ce véhicule serait ensuite chargé d'échantillons collectés par Dragonfly, puis les ramènerait sur Terre. En ne transportant pas son propre ergol, l'élément de retour d'échantillon de la mission aurait une masse globale inférieure et coûterait donc moins cher à lancer.
En plus de ça, la mission de retour d'échantillons augmenterait de façon exponentielle les rendements scientifiques d'une mission Titan. Pendant des années, les scientifiques espéraient mieux observer la surface de la lune pour enquêter sur ses mystères particuliers. Ceux-ci incluent (mais ne sont pas limités à) son atmosphère dense riche en azote, son cycle hydrologique (mais avec du méthane), et la riche chimie organique et les conditions prébiotiques à sa surface.
Le concept a été développé par une équipe dirigée par Steven Oleson, le chef de l'équipe de conception d'engins spatiaux simultanés COMPASS au Glenn Research Center de la NASA. La NASA a décrit ce concept, dans le cadre de l'annonce des boursiers NIAC Phase I 2021, comme suit:
Le concept de cet artiste d'un lac au pôle nord de la lune Titan de Saturne illustre des bords surélevés et des caractéristiques ressemblant à des remparts tels que ceux observés par le vaisseau spatial Cassini de la NASA autour de la lune Winnipeg Lacus. Crédit :NASA/JPL-Caltech
"A Titan Sample Return Using In-Situ Propellants est une proposition de mission de retour d'échantillons Titan utilisant des propergols volatils in situ disponibles à sa surface. Cette approche pour Titan est très différente de tous les concepts conventionnels d'utilisation des ressources in situ, et accomplira un retour de grande valeur scientifique vers la science planétaire, astrobiologie, et comprendre l'origine de la vie, c'est un ordre de grandeur plus difficile (en distance et en ?V) que les autres missions de retour d'échantillons."
Le concept est similaire à la mission de retour d'échantillons pour Mars actuellement développée par la NASA et l'Agence spatiale européenne (ESA) qui transporterait des échantillons collectés par le rover Perseverance. Selon l'architecture actuelle de la mission, ce retour d'échantillon comprendra également un atterrisseur et un véhicule d'ascension à combustible solide à deux étages (développé par la NASA) et un rover (développé par l'ESA) qui recueillerait les échantillons.
Cette mission de retour d'échantillons devrait être lancée en juillet 2026 et atterrirait près du rover Perseverance (dans le cratère Jezero) d'ici août 2028. Le programme NIAC, qui est supervisé par la Direction des missions de technologie spatiale (STMD) de la NASA, cherche à engager les innovateurs et les entrepreneurs américains pour favoriser des concepts innovants et des percées qui contribueront à transformer l'exploration spatiale.
Pour 2021, STMD a sélectionné 16 propositions NAIC pour devenir boursiers de la phase I, dont chacun recevra une subvention pouvant aller jusqu'à 125 $, 000 de la NASA. Après la réussite d'une étude de faisabilité initiale de neuf mois, les boursiers du NIAC peuvent postuler pour les bourses de la phase II. Comme Jenn Gustetic, le directeur des innovations et des partenariats à un stade précoce au sein de la NASA STMD, expliqué dans un récent communiqué de presse de la NASA :
Une vue plongeante de la surface de Titan depuis l'atterrisseur Huygens de l'Agence spatiale européenne en janvier 2005. Crédit :ESA/NASA/JPL/University of Arizona
« Les boursiers du NIAC sont connus pour rêver grand, proposer des technologies qui peuvent sembler à la frontière de la science-fiction et qui sont différentes de la recherche financée par d'autres programmes d'agences. Nous ne nous attendons pas à ce qu'ils se concrétisent tous, mais reconnaissons que fournir une petite quantité de financement de démarrage pour les premières recherches pourrait grandement profiter à la NASA à long terme. »
Il ne s'agit que de l'une des nombreuses propositions de pointe qui ont été acceptées pour le développement de la phase I, dans le cadre du programme NAIC de la NASA pour 2021. Bien que seule une poignée (ou pas du tout) puisse être pleinement réalisée et aller dans l'espace dans les années à venir, le programme mène à des idées inspirées qui illustrent à quoi ressemblera l'avenir de l'humanité dans l'espace.
