SOMMAIRE. La présentation de la mission La fiche technique L instrumentation La carte d identité de la Lune Les sources...

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1 Gravity Recovery and Interior Laboratory

2 SOMMAIRE La présentation de la mission... 3 La fiche technique... 5 L instrumentation... 6 La carte d identité de la Lune... 7 Les sources

3 LA PRESENTATION DE LA MISSION La mission GRAIL (Gravity Recovery And Interior Laboratory) dressera la carte gravitationnelle de la Lune la plus précise jusqu à présent, améliorant nos connaissances de la gravité lunaire de la face visible par 100 et de la face cachée par La haute résolution du champ gravitationnel, spécialement combiné avec une carte topographique d une résolution comparable, permettra aux scientifiques de déduire la structure interne et la composition de la Lune, de comprendre l évolution thermique, c'est-à-dire l histoire des périodes chaudes et froides de notre voisine, ouvrant la porte à la compréhension de son origine et son évolution. La connaissance précise du champ gravitationnel lunaire sera une aide précieuse pour une navigation plus précise autour de la Lune. Après le lancement par une fusée Delta II entre le 08 septembre et 19 octobre, les deux engins identiques réaliseront une manœuvre complexe pour atteindre la Lune. Ils voyageront sur la même distance mais pas sur la même route. En fonction de la date de lancement, la distance à parcourir diminuera au fil de période de lancement. La mission se décompose en 7 phases : - Lancement ; - Croisière trans-lunaire ; - Insertion sur orbite lunaire ; - Réduction de la période orbitale ; - Transition vers la formation scientifique ; - Etude scientifique ; - Fin de mission. 3

4 L arrivée dans les parages de la Lune aura lieu à une date fixe pour les deux engins et indépendamment de la date de lancement. GRAIL A arrivera le 31 décembre 2011 tandis que son jumeau le suivra le lendemain. Les deux engins approcheront la Lune sous le pôle sud où ils réaliseront la manœuvre d insertion orbitale d une durée de 38 minutes. Cette manœuvre permettra aux engins de se placer sur une orbite elliptique de 11 heures 30. Suivront ensuite une série de manœuvres pour circulariser l orbite à 55 km d altitude. La phase scientifique, d une durée de 82 jours, est divisée en 3 périodes de 27,3 jours, correspondant exactement à une rotation complète de la Lune sur son axe. C est au cours de ces 3 cycles que la cartographie gravitationnelle sera réalisée. Durant le cycle 1, les deux engins seront séparés l un de l autre de 100 à 225 km de distance. Une manœuvre sera réalisée afin de réduire la distance à 65 km à la fin du cycle 3. Les modifications de distance sont requises pour répondre aux objectifs impératifs de la mission. Les données collectées lorsque les deux engins sont plus proches aident à déterminer le champ gravitationnel local alors que la distance plus élevée sera plus utile pour la détection et la caractérisation du cœur lunaire. 4

5 LA FICHE TECHNIQUE La mission GRAIL comporte deux engins identiques baptisés GRAIL A et GRAIL B. DIMENSIONS Cotés: 1,09 x 0,95 x 0,76 m MASSE Au décollage: 307 kg chacun A sec : 201 kg STABILISATION Triaxiale DUREE DE VIE 5 à 6 mois répartis entre le trajet (jusqu à 4 mois), la collecte scientifique (82 jours), la mise hors service avec impact naturel (40 jours) Préparation des sondes GRAIL à Cap Canaveral en Floride - Photo Nasa PUISSANCE Puissance de 763 W fournis par 2 panneaux solaires depuis le point Lagrange L1 Deux batteries de 30 amp/heure PROPULSION 1 moteur de 22N consommant de l hydrazine et 8 moteurs de manœuvres orbitales consommant également de l hydrazine et fournissant chacun une poussée de 0,9 N. TRANSMISSION Les sondes transmettront les données collectées à la vitesse de 128 kbit/s aux antennes du réseau Deepspace Network installée en Espagne et en Californie. - 2 antennes en bande S pour les communications avec la Terre ; - 2 antennes en bande X pour des mesures de la distance Terre/Lune par effet Doppler ; - 1 antenne en bande S qui envoie un code de synchronisation de temps dans les deux sens entre les engins ; - 1 antenne en bande Ka pour mesurer la distance exacte entre les deux engins. Les liaisons de communications de la mission GRAIL Photo Nasa COÛT Le coût de la mission, depuis son développement jusqu à l analyse des données recueillies, s élève à 496,2 millions de dollars 5

6 L INSTRUMENTATION LGRS (Lunar Gravity Ranging System) Objectifs: Le principe de fonctionnement du LGRS est simple en soi. Les deux engins communiqueront entre eux par ondes radios pour déterminer la distance qui les sépare. Les variations régionales de la gravité lunaire aura un impact sur la vitesse des sondes et donc de la distance les séparant. A partir de là, il sera possible d établir une cartographie précise de la gravité des zones survolées. MOONKAM Objectifs : Système d imagerie digitale, composée d un contrôleur de vidéo digitale ainsi que de 4 caméras, qui prendra des images de la Lune à raison de 30 images à la seconde. Un MoonKam sera monté sur chaque engin. Il a été développé par Ecliptic Enterprises Corporation et sera opéré par des étudiants de l University of California sous la supervision du Sally Ride Science. 6

7 CARTE D IDENTITE DE LA LUNE DIMENSIONS Distance: à km Inclinaison: Rotation sidérale: 27,32 journées Diamètre: 3476 km ASPECT GENERAL En partant du Soleil, le premier satellite naturel est celui de la Terre, la Lune. L'origine de la Lune reste encore objet de discussions. Mais la théorie la plus semblable est la conséquence d'un impact météoritique. Selon la théorie, au moment où la Terre était encore en formation, une météorite, de la taille de Mars serait entrée en collision avec la Terre, arrachant une partie de son manteau. Les débris se seraient alors placés sur orbite autour de la Terre. Petit à petit, ils se seraient agglomérés pour former ce qui allait devenir notre lune. La Lune tourne autour de la Terre sur une orbite non pas circulaire mais elliptique. Ce qui signifie qu'une fois par orbite, la Lune s'éloigne de la Terre jusqu'à km et que 2 semaines plus tard, s'en approche à quelques km. Alors qu'elle tourne autour de la Terre, la Lune tourne également sur elle-même. C'est la raison pour laquelle, on observe depuis toujours le même côté de la Lune, la face visible. L'explication de ce phénomène est très simple. Nous savons que la Lune tourne autour de la Terre mais également sur elle-même. La parfaite égalité entre ces 2 mouvements, qui est de 27 jours 07:43:11,5, permet à la Lune de nous présenter toujours la même face. Par contre les phases lunaires s'étendent sur 29 jours 12:44:03. C'est ce que l'on appelle une lunaison. LA LUNE, CE QUE L ON SAIT La Lune présente une structure similaire à la Terre, en zones concentriques: croûte de 60 km d'épaisseur (0 à - 60 km). manteau supérieur (- 60 km à km). manteau inférieur de 300 à 500 km d'épaisseur, probablement partiellement liquide; noyau de 170 à 360 km de rayon dont la température avoisine les C. La surface de la Lune est recouverte à 30 % de la face visible par des "mers" de lave contre 2,6 % pour la face cachée. Le restant étant constitué par les "continents" riche en norites et des anorthosites. Les mers de lave se sont formées suite à la collision de la surface avec des météorites. Le choc violent a créé des fissures qui ont laissé passer la lave qui logeait sous la surface. Le cratère a été rempli par cette lave, comme en témoigne les roches récoltées par les missions Apollo. Les astronautes ont ramené quelques 380 kilos de roches provenant des sites d'atterrissage. Leur analyse confirme que les mers et océans sont très riches en roches basaltiques. Le basalte est une roche d'origine volcanique noire et compacte formée à partir de cristaux de feldspath et d'olivine notamment. A une profondeur allant de 200 à 400 km, le manteau est plus froid sous les mers que sous les continents. Voilà 3 milliards d'années que la Lune est bombardée par des micrométéorites, ce qui a permis la formation d'une couche de 5 à 10 cm de régolite, cette poussière très foncée. Sous cette poussière se trouve une couche de roches brisées dont l'épaisseur varie entre 2 et 20 m, suivant les régions et dont la compacité, très faible en surface, augmente avec la profondeur. Les scientifiques ont également découvert que les roches étaient riches en Hélium 3 (isotope de l'hélium formé lors des éruptions solaires et qui est venu s'incruster dans les roches). Cet Hélium 3 est prometteur puisqu'il permettrait de fournir de l'énergie en grande quantité avec une consommation de matière faible. 7

8 Bien que l'analyse des roches lunaires ait permis la découverte de 2 nouveaux minéraux: la Tranquillityite et la Pyroxferroïte, la Lune est beaucoup moins riche en variété de minéraux. On en a recensé 75 contre sur Terre. Les instruments déposés par les missions Apollo ont permis de déceler une activité tectonique sur la Lune. Près de secousses par an, d'origine interne, ne dépassant pas le niveau 3 de l'échelle de Richter ont été mesurées. Les épicentres sont en majorité localisés à une profondeur comprise entre 700 et km. De ce fait, les déplacements de la croûte sont très faibles. La face visible à gauche et la face cachée à droite photographiées par la sonde Clementine Photo Nasa. 8

9 LES SOURCES GRAIL Launch - Press Kit 9

10 10 FT-02/ FT-04/