La conférence Lunar Planetary Science de cette année (2025 LPSC) a vu des présentations et des propositions vraiment étonnantes. Ceux-ci couvraient un large éventail de missions scientifiques et d'exploration qui traitent des priorités de la NASA, d'autres agences spatiales et des instituts affiliés. Un domaine d'intérêt majeur était les futures missions d'astrobiologie qui rechercheront des preuves de processus biologiques (biosignatures) sur les organismes extraterrestres. Cela comprenait Mars, où la plupart de nos efforts d'astrobiologie sont axés et des emplacements dans le système solaire extérieur.
Considérez Enceladus, la lune glacée de Saturne connue pour l'activité du panache dans sa région polaire sud. Sur la base de la modélisation planétaire, les scientifiques théorisent que ces panaches sont causés par la flexion des marées à l'intérieur de la lune. Cela amène l'océan intérieur d'Enclade à briser la surface (cryovolcanisme) et lance du matériel dans l'espace. Pour confirmer la présence de produits biologiques et (potentiellement), une équipe du Jet Propulsion Laboratory (JPL) de la NASA propose un Oceladus Orbitlander pour effectuer des mesures in situ des panaches d'Encelade.
L'étude a été dirigée par Alfred Nash, un chercheur JPL, le lauréat du JPL Principal De désignation Award (2015) pour Project Systems Engineering & Formulation, et l'ingénieur principal de l'équipe X, l'équipe de conception avancée JPL responsable de générer rapidement des concepts de mission spatiale innovants. Il a été rejoint par ses collègues de l'équipe X JPL du California Institute of Technology (CALTECH).
According to their study, their mission proposal is consistent with the Planetary Science and Astrobiology Decadal Survey 2023–2032 (« Origins, Worlds, and Life ») released in 2022. In this survey, the National Academies of Sciences, Engineering, and Medicine (NASEM) committee established a Flagship mission to Enceladus (consisting of an orbiter and lander element) as the second-highest priority for missions developed before 2032:
« L'étude du matériau du panache permet une étude directe de l'habitabilité de l'océan, abordant une question fondamentale: y a-t-il la vie au-delà de la Terre et sinon, pourquoi pas? Orbilander analysera le matériel de panache frais de l'orbite et pendant une mission foncière à 2 ans. Ses principaux objectifs scientifiques sont (1) pour rechercher des preuves de la vie; et (2) pour obtenir des expériences géochimiques et géophysiques pour les expériences de détection de vie. »
Depuis la mission de Cassini-Huygens (2004-2017) a étudié Saturne et ses plus grandes lunes, les scientifiques ont hâte de mieux voir Enceladus. Comme Jupiter's Moon, Europa et la plus grande lune de Saturne, Titan, Enceladus est considéré comme l'un des endroits les plus prometteurs pour rechercher la vie extraterrestre dans le système solaire. En raison de la distance entre la Terre et Saturne, les concepts de mission appellent généralement des générateurs thermoélectriques de radio-isotopes (RTG) comme source d'alimentation.
Ces batteries nucléaires alimentaient des missions astrobiologiques comme la curiosité et la persévérance Rovers et le vaisseau spatial Galileo et New Horizons. Au moins trois RTG ont propulsé l'orbiteur Cassini, qui a été jugé nécessaire car les panneaux solaires sont inefficaces aussi loin du soleil. Cependant, comme l'explique Nash et son équipe, la NASA a indiqué que l'inventaire de RTGS est limité en raison de leur coût et de leur complexité, en particulier en ce qui concerne leur carburant de plutonium-238.
Architecture de mission
L'architecture de mission qui en résulte constituait un vaisseau spatial en deux étapes composé d'un landeur et d'une étape d'insertion d'orbite de Saturne (SOI). Cette mission sera lancée en novembre 2038 en utilisant une version consommable de la fusée Falcon Heavy et un moteur de fusée solide Star 48. Cette mission passerait les 7,5 années suivantes à se rendre à Saturne, suivie d'une approche d'un an et d'un transfert orbital à Enceladus. Cela serait suivi d'une demi-année de flybys rapides d'Enceladus.
Ils estiment que l'Orbitlander pourrait échantillonner du matériau de panache douze fois au cours de cette phase tout en volant à 50 km (31 mi) de la surface à des vitesses de 5 à 9 km / s (3–5,5 mi / s). Cela serait suivi d'une tournée de Saturne de 2,6 ans et d'une phase d'insertion d'orbite d'Encelade (EOI), où le vaisseau spatial effectuerait la gravité pour réduire son altitude et sa vitesse à 30 km (18,5 mi) et 500–900 m / s (0,3–0,5 mi / s). La mission passera encore 3,5 mois et échantillonnera du matériel de panache huit fois de plus.
La mission baissera ensuite son altitude à 50 km (31 mi) et passera un an à repérer pour un site d'atterrissage. La phase DDL aura lieu, suivie de deux ans d'opérations de surface, au cours desquelles l'atterrisseur collectera et analysera les échantillons de la croûte glacée de la Lune, y compris l'eau et les matériaux de panache qui ont reconnu à la surface. L'équipe présente également une autre mission du programme de nouvelles frontières (NF), qui est également conforme aux recommandations présentées dans l'enquête Decadal 2023:
« Si les contraintes budgétaires ne permettent pas d'initiation d'Orbilander, le comité comprend le thème de la mission Multiple Flyby (EMF) d'Enceladus dans NF. EMF fournit une voie alternative pour les progrès, cette décennie sur la question cruciale de l'habitabilité du monde des océans, bien qu'avec un volume d'échantillons considérablement réduit, une plus grande vitesse de l'acquisition d'échantillon et de la dégradation associée, et une composante instrumentale plus faible pour soutenir la perfection de la vie. »
Conception
L'équipe recommande un concept de taille, de poids, de puissance et de coût (SWAP-C) inférieur pour son proposé Enceladus Orbitlander. L'équipe X s'est appuyée sur des outils standard et des modèles de coûts institutionnels validés (ICM) pour évaluer leur concept de mission et les technologies incorporées qui pourraient être développées au cours des cinq prochaines années. Ces technologies ont été évaluées pour leur capacité à minimiser la masse sèche du vaisseau spatial et permettent à la mission d'atteindre ses objectifs scientifiques en utilisant un seul système d'alimentation RTG de nouvelle génération.
Ils renoncent à des roues de réaction pour le contrôle de l'attitude et optent plutôt pour des propulseurs bipropégents à gaz froid à la place. Un ordinateur d'espace haute performance (HPSC) gérerait les systèmes de commande et de données. Un système d'atterrissage intelligent Lite a été choisi pour le désorbit, la descente et l'atterrissage (DDL). Le sous-système de puissance comprend une architecture d'alimentation distribuée (DPA) et un pic d'alimentation (PPT), qui réduisent la masse globale du câble et garantissent que le RTG s'exécute systématiquement à 30 volts, augmentant la puissance disponible à partir du RTG.
Ces éléments ont tous été sélectionnés car ils réduisent de moitié la masse totale de la masse et la puissance du vaisseau spatial par rapport aux instruments utilisés aujourd'hui. Le système de propulsion exploite les améliorations apportées dans les systèmes de gaz froid à basse température pour réduire les besoins en puissance du chauffage, tandis qu'une série de réservoirs d'écrasement composites a été choisi pour leur masse réduite. L'Orbitlander s'appuiera sur une antenne de gain de moyenne X à demi-angle de 10 ° (MGA) et une antenne à gain élevé (HGA) pour les communications.
Les unités de chauffage radio-isotopes variables (RHUS) géreront les systèmes thermiques du vaisseau spatial, réduisant le nombre de Rhus nécessaires pour chauffer les propulseurs et les instruments du vaisseau spatial. Comme l'équipe le conclut, ces choix de conception se traduisent par un système avec une masse de lancement de 846 kg (1865 lb) plus léger que l'estimation du risque technique et de l'évaluation des coûts (trace) de l'enquête décadale et 900 millions de dollars moins chers.
Conclusions
Dans l'ensemble, la conception de la «réduction de puissance» de l'équipe offre un concept rentable, de masse inférieure et simplifié pour une mission astrobiologie à Encelade dans les prochaines décennies. En incorporant des technologies avancées et en évolution, ils affirment que cela pourrait entraîner une architecture capable de fournir une plus grande charge utile à la surface, offrant des opportunités scientifiques améliorées:
« Cette approche réduit non seulement les exigences des véhicules de lancement et le coût global de la mission, mais assure également la faisabilité technique dans les contraintes de chronologie de la décennie. Ces résultats soulignent la viabilité d'une approche SWAP-C plus faible comme voie de progrès accéléré cette décennie sur la question cruciale de l'habitabilité du monde océanique, offrant une avancée importante dans la progression des priorités scientifiques décrites dans le sondage décembre. »
