Premier lien laser aller-retour avec un orbiteur lunaire

Publié par Redbran le 23/09/2020 à 13:00
Source: CNRS INSU
La mesure de la distance Terre-Lune par télémétrie laser est réalisée depuis presque 40 ans par la station de télémétrie laser lunaire (LLR) à Grasse. L'équipe du laboratoire Géoazur-Observatoire de la Côte d'Azur qui opère la station est à l'origine de développements expérimentaux permettant l'exploitation d'une longueur (La longueur d’un objet est la distance entre ses deux extrémités les plus éloignées. Lorsque l’objet est filiforme ou en forme de lacet, sa longueur est celle de...) d'onde (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation réversible des propriétés physiques locales. Elle transporte de l'énergie sans transporter de...) infrarouge (Le rayonnement infrarouge (IR) est un rayonnement électromagnétique d'une longueur d'onde supérieure à celle de la lumière visible mais plus courte que celle des micro-ondes.), ce qui a permis de décupler les capacités de la télémétrie lunaire (Pour les homonymes, voir Pierrot lunaire, une œuvre de musique vocale d'Arnold Schönberg.) en termes de quantité (La quantité est un terme générique de la métrologie (compte, montant) ; un scalaire, vecteur, nombre d’objets ou d’une autre manière de dénommer la valeur d’une...) de données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent codée, d'une chose, d'une transaction d'affaire, d'un...) et de couverture du cycle lunaire. Ces mesures nous renseignent sur la structure interne (En France, ce nom désigne un médecin, un pharmacien ou un chirurgien-dentiste, à la fois en activité et en formation à l'hôpital ou en cabinet...) de Lune (La Lune est l'unique satellite naturel de la Terre et le cinquième plus grand satellite du système solaire avec un diamètre de 3 474 km. La...), en mettant en évidence la présence d'un noyau liquide (La phase liquide est un état de la matière. Sous cette forme, la matière est facilement déformable mais difficilement compressible.) de 300 km de diamètre (Dans un cercle ou une sphère, le diamètre est un segment de droite passant par le centre et limité par les points du cercle ou de la...), et permettent de réaliser des tests de physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la « science de la nature ». Dans un sens général et ancien, la physique désigne la connaissance...) fondamentale (En musique, le mot fondamentale peut renvoyer à plusieurs sens.) comme le test de l'invariance de Lorentz.


Fonctionnement d'un cube d'angles constituant le réseau (Un réseau informatique est un ensemble d'équipements reliés entre eux pour échanger des informations. Par analogie avec un filet (un réseau est un « petit rets »,...) de rétro-réflecteurs: le laser (Un laser est un appareil émettant de la lumière (rayonnement électromagnétique) amplifiée par émission stimulée. Le...) est systématiquement réfléchi vers sa source d'émission, quel que soit son angle (En géométrie, la notion générale d'angle se décline en plusieurs concepts apparentés.) d'incidence.
Crédits: V. Pantaloni

Grâce à ce savoir-faire, la station de Grasse a réalisé les premières mesures de distance aller-retour sur l'orbiteur (Dans le domaine de l'astronautique, un orbiteur est un vaisseau satellisé autour d'une planète. Plus précisément, il est utilisé pour désigner :) Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO) de la NASA (La National Aeronautics and Space Administration (« Administration nationale de l'aéronautique et de l'espace ») plus connue sous son abréviation NASA, est l'agence gouvernementale responsable du programme spatial des...) qui dispose d'un petit réseau de rétro-réflecteurs de dimensions 15×18cm. La faible dimension (Dans le sens commun, la notion de dimension renvoie à la taille ; les dimensions d'une pièce sont sa longueur, sa largeur et sa profondeur/son épaisseur, ou...) de ce panneau, en comparaison avec les réflecteurs déposés à la surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois...) de la Lune par les missions Apollo et Lunokhod (Les Lunokhod 1 et 2 sont les deux premiers robots roulants envoyés sur la lune par l'Union soviétique dans les années 1970.), rend l'exercice bien plus difficile. Afin d'optimiser le pointage des tirs lasers de la station de Grasse vers le LRO, l'équipe POLAC du Syrte-Observatoire de Paris (Paris est une ville française, capitale de la France et le chef-lieu de la région d’Île-de-France. Cette ville est construite sur une boucle de la Seine, au centre du bassin parisien, entre les confluents de la Marne...) a réalisé des prévisions très fines de l'orbite (En mécanique céleste, une orbite est la trajectoire que dessine dans l'espace un corps autour d'un autre corps sous l'effet de la gravitation.) de la sonde (Une sonde spatiale est un vaisseau non habité envoyé par l'Homme pour explorer de plus près des objets du système solaire et, pour certaines, l'espace qui est au-delà. Cela couvre à la fois les mesures in situ (champs électriques...).

Le 4 septembre 2018, Grasse a mesuré 67 retours en deux sessions de 6 minutes ( Forme première d'un document : Droit : une minute est l'original d'un acte. Cartographie géologique ; la minute de terrain est la carte originale, au crayon, levée sur le...). Des retours clairs ont également été enregistrés lors de deux sessions supplémentaires les 23 et 24 août 2019 pour lesquelles la rotation active du LRO a été effectuée par la NASA afin que les réflecteurs soient en vue (La vue est le sens qui permet d'observer et d'analyser l'environnement par la réception et l'interprétation des rayonnements lumineux.) de la station. Les échos mesurés ont donné des résidus sur la mesure de distance inférieurs à 3 cm par rapport à la trajectoire (La trajectoire est la ligne décrite par n'importe quel point d'un objet en mouvement, et notamment par son centre de gravité.) LRO reconstruite. Cette expérience fournit une nouvelle méthode pour vérifier la possible accumulation de poussière sur les réflecteurs de la surface lunaire, ceux du LRO n'étant pas soumis à ce phénomène.


Vue rapprochée du réseau de rétro-réflecteurs (a) monté sur la sonde LRO (b)

En savoir plus:

First two-way laser ranging to a lunar orbiter (Orbiter est un simulateur de vol spatial réaliste, diffusé sous forme de graticiel (mais non open source), pour le système d’exploitation Windows, créé par le Dr Martin Schweiger, professeur à la University College London.): infrared observations (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les modifier, à l’aide de moyens d’enquête et d’étude appropriés. Le plaisir procuré explique la très grande participation des...) from the Grasse station to LRO's retro-reflector array - Earth Planets Space 72, 113.

Erwan Mazarico, Xiaoli Sun (Sun Microsystems (NASDAQ : SUNW) est un constructeur d'ordinateurs et un éditeur de logiciels américain.), Jean-Marie Torre, Clément Courde, Julien Chabé, Mourad Aimar, Hervé Mariey, Nicolas Maurice, Michael K. Barker, Dandan Mao, Daniel R. Cremons, Sébastien Bouquillon, Teddy Carlucci, Vishnu Viswanathan, Frank G. Lemoine, Adrien Bourgoin, Pierre Exertier, Gregory A. Neumann, Maria T. Zuber & David E. Smith.

https://doi.org/10.1186/s40623-020-01243-w

Contact:

Julien Chabé - Géoazur - chabe@geoazur.unice.fr
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