Comment de minuscules grains de poussière spatiale peuvent endommager nos sondes spatiales
La sonde Parker Solar Probe de la NASA explore l’espace près du Soleil et observe Vénus depuis plusieurs années. La sonde a été lancée le 12 août 2018 et a jusqu’à présent établi de nombreux records en matière de sonde spatiale. Récemment, la sonde a été utilisée par des scientifiques du Laboratoire de physique atmosphérique et spatiale de l’Université du Colorado à Boulder et du Laboratoire de physique appliquée de l’Université Johns Hopkins (Etats-Unis) pour étudier les collisions entre l’engin spatial et des grains de poussière hypervéloces/ ultra rapides. Il est difficile d’imaginer qu’un grain de poussière puisse endommager quoi que ce soit, mais lorsqu’il se déplace à des vitesses extrêmes, un objet minuscule peut engendrer de gros dégâts.
Les chercheurs ont utilisé les données d’observation électromagnétiques et optiques de la sonde Parker Solar Probe pour fournir les meilleures données à ce jour sur la façon dont les impacts de poussière à très grande vitesse peuvent endommager l’engin spatial et interrompre son fonctionnement. Actuellement, Parker évolue près du soleil à une vitesse d’environ 650 000 km par heure. Elle traverse actuellement une zone connue sous le nom de nuage zodiacal, un épais nuage de poussière en forme de crêpe qui s’étend dans tout le système solaire. Le nuage est constitué de minuscules grains de poussière rejetés par les astéroïdes et les comètes lorsqu’ils traversent le système solaire.
En traversant cette région, la sonde spatiale rencontre des milliers de minuscules grains de poussière dont le diamètre varie entre 2 et 20 microns, soit moins d’un quart de la largeur d’un cheveu humain. Les grains de poussière se déplacent à plus de 9500 km à l’heure, et les impacts peuvent causer de graves dommages.
Quant à la sonde :
Lorsque les grains de poussière entrent en contact avec la sonde, ils chauffent suffisamment la poussière et la surface de la sonde pour vaporiser les matériaux, qui s’ionisent alors. Lorsque la matière s’ionise, elle est séparée en ses composants ioniques et électroniques, produisant un plasma.
La vaporisation et l’ionisation rapides créent une explosion de plasma qui dure un millième de seconde. En cas d’impact avec un grain de poussière plus gros, l’impact génère un nuage de débris qui s’éloigne lentement de l’engin spatial. Les chercheurs ont pu utiliser des antennes et des capteurs de champ magnétique à bord de la sonde pour mesurer ces perturbations dans son environnement électromagnétique. Les chercheurs pensent que ces résultats pourraient permettre de mieux comprendre la météo spatiale autour du soleil.
Les mesures des champs électriques, des champs magnétiques et les images des caméras révèlent les explosions de plasma et les nuages de débris créés lorsque des poussières à très grande vitesse frappent la sonde Parker Solar Probe. En observant la dispersion de ces petits nuages de plasma et de débris, les scientifiques peuvent apprendre comment de plus grands nuages de poussière et de débris sont soufflés par les étoiles. (NASA/ JHUAPL/ LASP)
Les données ont permis à l’équipe d’étudier les explosions de plasma et leur interaction avec le vent solaire. En étudiant le fonctionnement du processus à petite échelle, les chercheurs pensent pouvoir mieux comprendre comment les grandes régions de plasma entourant des planètes comme Vénus et Mars sont balayées par le vent solaire. Les données recueillies ont également des implications pour la sécurité de la sonde Parker Solar Probe et des futurs engins spatiaux qui pourraient opérer dans la même zone.
En ce qui concerne les répercussions sur la sonde Parker elle-même, l’équipe a constaté que de nombreuses stries d’image semblent radiales et proviennent de la proximité du bouclier thermique, d’une importance capitale. Les données ont également montré que certains débris pouvaient disperser la lumière du soleil dans les caméras de navigation, ce qui rendait la sonde temporairement incapable de déterminer son orientation dans l’espace. Il s’agit d’un problème particulièrement délicat pour la sonde solaire, car son bouclier thermique doit être orienté avec précision pour survivre à l’environnement incroyablement hostile dans lequel elle évolue.
La sonde solaire Parker mènera sa mission scientifique principale jusqu’en 2025 et effectuera 15 orbites supplémentaires autour du soleil pendant cette période. En octobre 2018, la sonde a établi un record en effectuant l’approche la plus proche du soleil de l’histoire. En décembre 2018, la sonde avait renvoyé des données de cette approche. En août 2019, elle avait renvoyé 22 Go de données sur son approche du soleil et plus encore.
Les résultats de cette étude ont été présentés le 11 novembre 2021 lors de la 63e réunion annuelle de l’APS Division of Plasma Physics à Pittsburgh (Etats-Unis) et présentés sur le site du Laboratory for Atmospheric and Space Physics de l’Université du Colorado à Boulder : Tiny grains, severe damage: LASP-led research shows how hypervelocity dust impacts can damage a spacecraft and disturb its operations.