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CHRONOLOGIE

1972

Mission approuvée

1973

1974

1975

1976

1977

Lancements

1978

1979

Jupiter

1980

1981

Saturne

1982

1983

1984

1985

1986

Uranus

1987

1988

1989

Neptune

1990

Photo de famille

Mission Interstellaire

1991

1992

1993

1994

1995

1996

1997

1998

Voyager 1 dépasse Pioneer 10

1999

2000

2001

2002

2003

2004

Voyager 1 choc terminal

2005

2006

2007

Voyager 2 choc terminal

2008

2009

2010

2011

2012

Voyager 1 espace interstellaire

2013

2014

2015

2016

2017

2018

2019

2020

2021

2022

2023

2024

2025

Fin des communications ?

FABRICATION  - MATERIEL SCIENTIFIQUE EMBARQUE

Fabrication et matériel scientifique embarqué


C'est au Jet Propulsion Laboratory (JPL, basé à Pasadena en Californie) que l'on doit la conception et la fabrication des sondes Voyager. La plupart des instruments scientifiques ont cependant été fournis par d'autres entreprises. Trois sondes furent construites pour la mission : VGR77-1 (qui servit uniquement à des tests au sol), VGR77-2 (lancée sous le nom de Voyager 1) et VGR77-3 (Voyager 2). Elles ont été testées et assemblées au Spacecraft Assembly Facility, deux grandes salles stérilisées du Kennedy Space Center en Floride. Les derniers tests ont eu lieu à Cap Canaveral, dans le Eastern Test Range, un hangar proche de l'aire de lancement. Grâce aux données de la mission Pioneer, les ingénieurs du JPL ont pu optimiser le matériel scientifique embarqué, en considérant les difficultés liées à ce type de projet : longues distances à parcourir, longueur de la mission et environnement spatial rude. La traversée de la ceinture d’astéroïdes et les radiations dans le voisinage de Jupiter, mille fois supérieures à la dose léthale pour un humain, sont les obstacles majeurs au bon déroulement de la mission. Les Voyager, sondes spatiales les plus sophistiquées de leur époque, devront être fiables, endurantes et bien protégées du milieu interplanétaire.


Le système d'imagerie (ISS, Imaging Science System) est constitué sur chaque sonde de 2 caméras :


- une caméra grand angle offrant un champ image de 3,2° (200 mm de focale, f/3,5), équipée d'une roue à filtres

(filtres bleu, transparent, violet, sodium D -jaune-, longueur d'onde du méthane (x2), vert et orange)


- une caméra à objectif standard (téléobjectif) offrant un champ de 0,4° (19 cm d'ouverture pour 1500 mm de focale, f/8,5) elle aussi équipée d'une roue à filtres (filtres bleu, transparents (x2), violet, orange, vert (x2) et ultraviolet)

 


MONDES

Terre

Lune


Jupiter

Adrastée

Amalthée

Callisto

Europe

Ganymède

Io

Métis

Thébé


Saturne

Atlas

Calypso

Dioné

Encelade

Epiméthée

Hélène

Hypérion

Janus

Japet

Mimas

Pan

Pandore

Phoebé

Prométhée

Rhéa

Télesto

Téthys

Titan


Uranus

Ariel

Belinda

Bianca

Cordélia

Cressida

Desdémone

Juliette

Miranda

Obéron

Ophélie

Perdita

Portia

Puck

Rosalinde

Titania

Umbriel


Neptune

Despina

Galatée

Larissa

Naïade

Néréide

Protée

Thalassa

Triton


Préparations

Chaque image fournie par la sonde contient 640 000 pixels (800 lignes composées chacune de 800 pixels). Chaque caméra dispose d'un système "Vidicon", qui convertit les données optiques en signaux électroniques (256 niveaux de gris). Ces derniers sont ensuite envoyés sur Terre puis traités (en fonction des filtres utilisés par les caméras lors des prises de vue) par l'équipe d'imagerie de la mission, laquelle publie ensuite les images en couleurs que nous connaissons. Il faut environ une minute pour acquérir une image en noir et blanc. Chaque image pèse 5,12 MB. La résolution de la caméra à objectif standard est suffisante pour lire le titre d'un journal situé à un kilomètre. Sur les soixante-dix-sept propositons d'instruments et d'objectifs scientifiques, vingt-huit furent selectionnées. En plus du système ISS, les deux sondes seront équipées en identique pour mesurer :


les rayons cosmiques (détecteur CRS, Cosmic Ray System)


les bilans énergétiques et les températures (spectromètre interféromètre infrarouge et radiomètre IRIS, InfraRed Interferometer Spectrometer)


les particules à faible énergie (détecteur LECP, Low-Energy Charged Particles)


l’intensité et la polarisation de la lumière dans huit longueurs d’onde différentes (photopolarimètre PPS, PhotoPolarimeter System)


les champs magnétiques planétaires et interplanétaires (magnétomètres MAG, triaxal fluxgate MAGnetometer)


les signaux radio et les ondes plasma (systèmes PRA, Planetary Radio Astronomy et PWS, Plasma Wave System se partageant 2 antennes)


les variations de vitesse, densité et pression du plasma (spectromètre plasma PLS, Plasma Spectrometer)


le rayonnement ultraviolet des atmosphères (spectromètre ultraviolet UVS, UltraViolet Spectrometer)

Instruments

(Cliquez sur les images pour les agrandir)

CRS                 IRIS                LECP                PPS                 MAG           PRA/PWS             PLS                UVS

FABRICATION  - MATERIEL SCIENTIFIQUE EMBARQUE

Dimensions et caractéristiques techniques


Les sondes ont une masse de 815 kg chacune au moment du lancement (à comparer aux 258 kg de Pioneer 10). En retirant toutes les perches, la sonde rentrerait dans un cube de 4 mètres de côté. La structure décagonale en aluminium formant le coeur de chaque sonde mesure 1,78 m de "diamètre" pour 47 cm d'épaisseur. S'y trouvent notamment l'informatique embarquée, dix boîtiers électroniques ainsi que le Voyager Golden Record, fixé sur une des dix faces de la structure. Construit en titane, le réservoir sphérique pressurisé d'hydrazine (chargé de 105 kg de carburant au début de la mission) se trouve au centre de cette structure. La majorité des instruments scientifiques se situe sur une perche s'étendant jusqu'à environ 2,50 m du centre de la sonde. Pour ne pas être perturbés par le champ magnétique de la sonde elle-même, deux des magnétomètres sont installés sur une perche de 13 m de longueur (un au bout et l'autre à mi-longueur), visible en bas à gauche sur la photo ci-contre. Une troisième perche (longue de 3,7 m) contient les générateurs thermoélectriques à radioisotope produisant l'énergie nécessaire à la mission. Après avoir été repliées dans des protections de 60 cm durant la phase critique du lancement, les trois perches en fibre de verre ont ensuite été déployées sur toute leur longueur. Les systèmes PRA et PWS fonctionnent quant à eux grâce à deux antennes de 10 m, perpendiculaires l'une à l'autre et faites d'un alliage béryllium-cuivre. La masse totale de l'instrumentation scientifique s'élève à 105 kg. Chaque sonde est constituée de 65 000 pièces et de 5 millions de composés électroniques.


Du côté de l’informatique embarquée, on retrouve sur chaque sonde trois types d’ordinateurs (données de vol ; commande informatique ; contrôle de l'orientation et du mouvement) en deux exemplaires chacun, logés avec le reste de l'électronique embarquée dans la structure décagonale formant le coeur de chaque sonde. L'informatique dispose de son propre système d'autoprotection, qui rend la sonde capable de se "rebooter" elle-même en cas de problème, ce qui est capital pour sa survie étant donné son éloignement avec la Terre. La capacité totale des ordinateurs de chaque sonde s’élève à 68 KB, bien peu comparé aux ordinateurs modernes. Si besoin est, les données scientifiques peuvent être enregistrées puis retransmises ensuite vers la Terre. Les têtes de lecture de l'enregistreur de données sont extrêmement fiables : imaginez lire une cassette vidéo de 2 heures sur votre magnétoscope une fois par jour pendant 35 ans, sans aucun accroc! Chaque sonde dispose d'un enregistreur numérique d'une capacité de stockage de 500 MB. Du lancement des sondes jusqu'au survol de Neptune, le volume total d'informations transmises s'élève à 5 000 milliards de bits, de quoi remplir plus de 7 000 CD.

 

La stabilisation des sondes suivant les 3 axes (tangage, lacet et roulis) est contrôlée par l'acquisition puis le suivi des positions du Soleil et de l'étoile repère Canopus (durant certaines phases de la mission, d'autres étoiles furent utilisées comme repère : notamment Véga pour Voyager 1 et Deneb pour Voyager 2). Voyager 1 utilise aujourd'hui Alpha du Centaure comme étoile repère. Lors de manoeuvres particulières (longue pose photographique, calibrage des instruments, correction de trajectoire...), ce sont les gyroscopes embarqués qui ont assuré le contrôle de l'orientation des sondes. Les gyroscopes sont sensibles à des mouvements de la sonde de l'ordre du dix-millième de degré. Les mouvements des Voyager se font à l'aide de 16 propulseurs à hydrazine répartis sur chaque sonde. Parmi ces 16 propulseurs, quatre sont alloués aux manoeuvres de correction de trajectoire, tandis que les douze autres sont utilisés pour la stabilisation de la sonde. Chaque propulseur délivre une puissance de 0,2 pound, soit 0,89 newton.

Vue générale de la sonde

Base de données satellites


VOYAGER 2

Catalogue des objets spatiaux

n° 10271

Identifiant COSPAR

1977-076-A


VOYAGER 1

Catalogue des objets spatiaux

n° 10321

Identifiant COSPAR

1977-084-A

La plate-forme de balayage scientifique peut être orientée suivant deux axes (sur pratiquement 360° en azimut et environ 210° en mouvement "vertical", le tout avec une précision inférieure au dixième de degré) pour une meilleure précision de pointage de ses quatre instruments optiques. Le moteur de la plate-forme de Voyager 2 a effectué 5 millions de rotations (9000 à chaque tour de la plate-forme sur elle-même), entre le lancement et le survol de Neptune.

Les protections thermiques des sondes ne sont pas représentées sur ces deux schémas pour plus de clarté.

CHRONOLOGIE

1972

Mission approuvée

1973

1974

1975

1976

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Lancements

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Jupiter

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Saturne

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1986

Uranus

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1989

Neptune

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Mission Interstellaire

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1998

Voyager 1 dépasse Pioneer 10

1999

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Voyager 1 choc terminal

2005

2006

2007

Voyager 2 choc terminal

2008

2009

2010

2011

2012

Voyager 1 espace interstellaire

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2014

2015

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Fin des communications ?

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Ophélie

Perdita

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Puck

Rosalinde

Titania

Umbriel


Neptune

Despina

Galatée

Larissa

Naïade

Néréide

Protée

Thalassa

Triton


Les champs de vision des instruments optiques de la plate-forme de balayage des Voyager se chevauchent de telle sorte que leurs données peuvent être mises en corrélation.

Communications avec la Terre


Les communications radio avec la Terre se font avec un émetteur-récepteur, relié à une antenne grand gain parabolique de 3,66 m de diamètre. Chaque sonde contient en réalité deux émetteurs d'une puissance de 23 watts qui assurent les transmissions (puissance équivalente à celle d'une ampoule de réfrigérateur). Le débit maximal des communications était de 115 kb/seconde dans la région de Jupiter, 48 kb/s pour Saturne. Aujourd'hui, ce débit est de l'ordre de 160 bits par seconde, en temps réel. Les données sont reçues en temps réel par les antennes de 34 mètres du Deep Space Network (DSN). L'enregistreur digital receuille l'essentiel des données sur les ondes plasma une fois par semaine et par sonde à un débit plus élevé (115,2 kb/s) sur une durée de 48 secondes (96 secondes pour Voyager 1). Le contenu de l'enregistreur de chaque sonde est ensuite transmis vers la Terre une fois tous les six mois, et reçu par les gigantesques antennes de 70 m. Les données brutes subissent ensuite un traitement afin de les convertir en fichiers électroniques utilisables pour les scientifiques du programme. L'envoi de données depuis les antennes de 70 m à destination des sondes est moins contraignant puisqu'il peut atteindre la puissance de 400 kW.


Sur Terre, le suivi et le contrôle des transmissions avec les sondes sont assurés par le DSN, un réseau de trois stations réparties sur le globe pour un suivi continu. La première station se trouve à Goldstone, dans le désert de Mojave en Californie, la deuxième à Robledo, près de Madrid (Espagne) et enfin la troisième dans la réserve naturelle de Tidbinbilla, près de Canberra (Australie). Chacune de ces stations dispose (en 1977) d'une antenne de 64 m de diamètre et de deux antennes de 26 m. Depuis cette époque, le réseau DSN a vu son nombre d'antennes augmenter. En 2011, chaque station dispose en effet d'une antenne de 70 m (celle de 64 m agrandie et améliorée), de plusieurs antennes de 34 m (quatre à Goldstone, trois à Madrid, deux à Canberra) et d'une antenne de 26 m. La télémétrie reçue de la station de Goldstone est envoyée directement au Jet Propulsion Laboratory (JPL) à Pasadena en Californie. Pour les autres stations, elle est d'abord envoyée par satellite via le centre Goddard de la NASA à Greenbelt (Maryland), avant d'être reçue au JPL. En cas de mauvais temps, plusieurs heures de données sont perdues. Ce fut notamment le cas lors du survol de Jupiter par Voyager 1 (stations de Canberra et de Madrid), ainsi que celui de Saturne par Voyager 1 (orages sur la station de Madrid le 8 novembre 1980).


Pour obtenir une meilleure réception des données, les différentes antennes d'une station (voire de stations différentes) sont utilisées en interférométrie, une technique utilisant la séparation entre les antennes pour obtenir l'équivalent d'une antenne encore plus grande. En plus des stations propres au DSN, d'autres stations d'écoute furent en effet utilisées par le programme Voyager : le Parkes Radio Observatory (Australie), le Very Large Array (27 antennes de 25 m situées au Nouveau-Mexique) et l'Usuda Observatory (Japon). C'est le survol de la lointaine Neptune par Voyager 2 en 1989 qui a contraint le DSN à améliorer son dispositif de suivi et de transmission. Le partenariat entre le Very Large Array et le Deep Space Network a débuté en 1982, lorsqu'il fut reconnu que Voyager 2 "survivrait" jusqu'au survol de Neptune.


Avec les grandes distances, la puissance du signal reçu sur Terre est de l'ordre de 10^-16 W (soit quelques millionièmes de milliardièmes de watt), sans oublier que les ondes radio voyagent à la vitesse de la lumière (environ 300 000 km par seconde) et mettent donc plusieurs heures pour parcourir la distance séparant la sonde de la Terre. La précision des Voyager est faramineuse : lors de son survol de Neptune, Voyager 2 se trouvait à seulement 100 km du point de passage idéal, le tout après un périple de 7 128 603 456 km ! Une précision équivalente à celle nécessaire pour réussir un coup au golf alors que le trou se situerait à 3630 km du golfeur. Les équipements radio des sondes Voyager et du DSN ont également été utilisés à des fins scientifiques, dans le cadre du système RSS (Radio Science System). En effet, les ondes radio donnent des informations sur les champs gravitationnels, les atmosphères, la couronne solaire ou encore la relativité générale.

Station d'écoute de Goldstone (Californie)

Les stations du Deep Space Network (DSN)

Chaque sonde dispose d'une antenne grand gain de 3,66 m de diamètre

FABRICATION  - MATERIEL SCIENTIFIQUE EMBARQUE

Source d'énergie


Ambitionnant les confins du système solaire pour leurs sondes, les concepteurs ne pouvaient pas les alimenter par le biais de classiques panneaux solaires photovoltaïques, ceux-ci étant peu efficaces à grande distance du Soleil, voire inutiles plus loin dans l’espace. Les Voyager seront donc alimentées en électricité, via des générateurs thermoélectriques à radioisotope, l'énergie électrique étant produite par des thermocouples qui convertissent la chaleur émise par la décroissance radioactive du plutonium 238 embarqué (PuO2). Afin d'éviter de trop perturber les mesures, les trois générateurs sont situés sur une perche opposée à celle portant la majorité des instruments scientifiques. Chaque générateur est contenu dans un cylindre en béryllium de 50,8 cm de long, 40,6 cm de diamètre et d'une masse de 39 kg. La puissance résultante pour chaque sonde était de 423 Watts au début de la mission en 1977 (Voyager 2 disposait d'un peu plus de puissance car ses objectifs étaient plus lointains) distribuée sous la forme d’un courant électrique continu de 30 Volts. L'alimentation électrique ne peut en aucun cas être coupée. Cette électricité est notamment utilisée par les instruments scientifiques (105 Watts au total), par l'informatique embarquée mais aussi pour les communications radio avec la Terre.


Au fur et à mesure de la décroissance du plutonium, chaque sonde aura d’autant moins d’énergie (donc de marge de manœuvre) à sa disposition. A noter que ce type de générateur a déjà été utilisé avec succès lors des missions Pioneer 10 et 11. En plus de leur source électrique, les Voyager ont également embarqué de l'hydrazine (105 kg sur chaque sonde), carburant indispensable permettant le mouvement des sondes via des propulseurs dédiés. L'immense majorité de l'énergie de la mission fut utilisée par le carburant des fusées lors du décollage. Malgré cette énorme dépense énergétique initiale, l'efficacité énergétique des sondes Voyager reste remarquable, puisque Voyager 2 a parcouru 13 000 km par litre de carburant jusqu'à Neptune. Ce taux augmente chaque jour un peu plus à mesure qu'elle s'éloigne du Soleil, sans dépense de carburant supplémentaire.

 

Générateurs thermoélectriques

FABRICATION  - MATERIEL SCIENTIFIQUE EMBARQUE

Le Voyager Golden Record


Les sondes Voyager ont également embarqué chacune un disque appelé Voyager Golden Record contenant des images et des sons sélectionnés dans le but de présenter un instantané de l’histoire de notre monde à travers la diversité de sa vie et de sa culture à d’éventuels êtres extraterrestres qui le trouveraient. Il s’agit d’un disque de cuivre plaqué or de 30 cm de diamètre dans lequel ont été enregistrés une sélection d’images et de sons. Afin de constituer le contenu du disque, la NASA a nommé un comité de sélection. Le célèbre et regretté astrophysicien Carl Sagan en fut le président, accompagné entre autres de l’astronome Frank Drake. Au total, 115 images furent sélectionnées (toutes ont le même format et sont encodées sous forme analogique), parmi lesquelles un graphique montrant la position de la Terre dans l‘espace, une photo de fœtus, la structure de l'ADN, une ville, une classe d’école… Au niveau des 35 sons naturels et artificiels, on retrouve donc la nature (vague, tonnerre, éruption volcanique, vent…), des cris et chants d’animaux (éléphants, oiseaux, baleines…) et des bruits « fabriqués » par l’homme (train, tracteur, fusée au décollage…). S'y ajoute une sélection musicale de 90 minutes représentant la diversité des époques et des cultures, et enfin des salutations prononcées par des habitants de la Terre en 55 langues différentes.


S’y trouvent également des messages imprimés écrits par Jimmy Carter, président des Etats-Unis de l’époque et par Kurt Waldheim, secrétaire général des Nations Unies. Dans la sonde se trouve le matériel nécessaire à la lecture du disque (une aiguille et une cellule), ainsi que des informations indiquant l’origine de celle-ci. Un schéma explicatif indiquant le mode de lecture est gravé sur le couvercle en aluminium du disque. La lecture du disque doit se faire à 1000 tours par heure, soit 16,67 tours par minute. De plus, un échantillon d’uranium 238, choisi pour sa période radioactive de 4,5 milliards d’années, est également embarqué à bord de chaque sonde, permettant de déterminer le temps écoulé depuis le lancement par datation radioactive (méthode comparable à celle du carbone 14). Chaque disque est plus une « bouteille à la mer cosmique » qu’un véritable message, les chances d’interception par une autre civilisation étant très faibles.

 

Vous trouverez des liens utiles concernant le contenu du disque sur la page "Liens Internet" du site. 

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Neptune

Despina

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Larissa

Naïade

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Protée

Thalassa

Triton


Installation du disque

La chanson "Johnny B. Goode" de Chuck Berry  fait partie de la sélection musicale du Voyager Golden Record. Ecrite en 1958, elle raconte l'histoire largement autobiographique d'un garçon de la campagne qui « jouait de la guitare comme on sonne une cloche ». "Johnny B. Goode" est considérée (à juste titre) comme l'une des meilleures chansons rock jamais créees. Un peu de musique dans l'effrayant silence de l'espace...

Couvercle du VGR

Des répliques sont aujourd'hui visibles dans différents musées consacrés à l'espace

Fabrication des disques

Installation sur une des sondes

FABRICATION  - MATERIEL SCIENTIFIQUE EMBARQUE

Citations de Carl Sagan à propos du disque :


« Nous avons enregistré des sons qu'on aurait pu entendre aux premiers âges de notre planète, avant l'apparition de la vie, puis des sons évoquant l'évolution de l'espèce  humaine jusqu'aux plus récents développements de notre technologie »

« C'est un message d'amour, que nous lançons dans la profonde immensité. Il restera sans doute en grande partie indéchiffré mais nous le transmettons cependant, parce qu'il  est important d'essayer »

« Dans un milliard d’années, quand tout ne sera plus que poussière sur Terre, les enregistrements de Voyager parleront encore pour nous »


« Une des sondes ne sera trouvée et l'enregistrement joué seulement si des civilisations spatiales avancées existent dans l'espace interstellaire. Mais le lancement de cette  bouteille dans l'océan cosmique reflète quelque chose de très optimiste à propos de la vie sur cette planète »


 

Carl Sagan et la fameuse plaque des sondes Pioneer

Carl Sagan (1934-1996) restera longtemps associé au programme Voyager

FILM D'ANIMATION EN HOMMAGE AUX SONDES VOYAGER SIGNÉ GUY COLLINS

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"VOYAGERS" : FILM DE DANIEL LAND ET PAUL FRIELING CineSpace 2015