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La sonde Venera1

Le lancement de la sonde Venera1:

Premier pas dans l’exploration spatiale soviétique de Venus

sergei koroloev sondes1vasonde1vamuseemoscoustructure de la sonde 1va

La connaissance de Venus avant les campagnes d’exploration spatiale

Bien que Vénus soit la planète la plus proche de la Terre et l’objet du ciel le plus brillant après le Soleil et la Lune, les données scientifiques concernant la structure vénérienne dont nous disposions avant l’envoi de sondes (campagnes Venera, Marineer etc) étaient bien maigres.

Ce n’est qu’à partir des années 1950 que le développement de nouvelles technologies telles que l’utilisation de télescopes dans l’infrarouge ou l’ultraviolet et le radar que la présence de dioxyde de carbone et d’eau dans l’atmosphère vénérienne a pu être identifiée. On établit dès lors un modèle de Venus humide. Cependant, suite à l’observation de Venus dans le domaine des micro-ondes en 1956, il a été établi que Venus se comporte comme un corps noir porté à la température de 350°C. Les modèles explicatifs de la structure de Venus doivent ainsi être profondément revus ce qui justifie l’intérêt scientifique d’une exploration spatiale de Venus aux moyens de sondes.

La place du lancement de Venera1 dans le programme spatial soviétique

De 1957 à 1975, le programme spatial soviétique s’inscrit dans ce que l’on nomme Course à l’espace, c’est-à-dire un contexte de concurrence technologique effréné entre les Etats-Unis et l’URSS dans le cadre de l’exploration spatiale. Le programme spatial soviétique s’appuie sur l’héritage scientifique de Constantin Tsiolkovski considéré comme le théoricien de l’astronautique moderne ainsi que sur de nombreux laboratoires de recherche (notamment en propulsion (cf travaux de Nicolaï Tikhomirov)).

Ainsi, de nombreux programmes spatiaux soviétiques se déclinent. Ils seront notamment à l’origine de la mise en orbite du premier satellite (spoutnik1) en 1957, de l’envoi de sondes lunaires (programme Luna lancé en 1959) ou bien de l’envoi du premier homme dans l’espace (Youri Gagarine en 1961).

L’ingénieur Sergeï Korolev (élu à l’académie des sciences de l’URSS) constitue la principale figure de l’organisation du programme spatial soviétique. On lui attribue en effet la conception des premiers lanceurs à partir de la technologie des missiles balistiques et à ce titre, Sergeï Korolev fut responsable de nombreux programmes spatiaux dont les programmes Spoutnik, Luna et Venera.

Immédiatement après le succès de la mise en orbite du satellite Spoutnik l’équipe d’ingénieurs menée par Korolev prévoit l’envoi de sondes M1 vers Mars et V1 vers Vénus dont le lancement est respectivement prévu pour 1958 et 1959. Néanmoins, le retard accumulé par le programme d’exploration lunaire Luna à la fin des années 1950 contraint Korolev d’une part à déléguer l’organisation du programme Luna à l’équipe de Mstislav Keldych et d’autre part à se concentrer sur l’envoi de sondes vers Vénus, repoussant ainsi les programmes dirigés vers Mars.

Une avancée majeure dans l’Histoire de l’exploration spatiale

L’envoi d’une sonde de type 1VA (premier modèle de sonde dédiée à l’étude de Vénus) constituait un défi technique sans précédent. En effet, bien que des satellites avaient déjà été mis en orbite, atteint leur vitesse de libération et que des sondes aient touché des objets extraterrestres (lors de missions du programme Luna par exemple), l’envoi d’un objet en direction de Vénus nécessitait un système de correction de trajectoire autonome ainsi que d’un système de correction de trajectoire (par spin dans le cas de la sonde 1VA), ce qui n’avait jamais été réalisé.

En outre, le déplacement de Vénus (éphémérides) n’était connu qu’avec une très faible précision (de l’ordre de 100000km). Par conséquent, les scientifiques soviétiques décidèrent que les sondes 1VA n’effectueraient qu’un simple survol de la planète.

Descriptif technique de la sonde

Initialement, l’équipe de Korolev envisageait d’utiliser des sondes de type 1V dans le cadre de l’exploration de Vénus. Toutefois, en raison de moyens limités, les ingénieurs se contentèrent d’une version moins coûteuse en utilisant des sondes de type 1VA.

Une sonde de type 1VA pèse 643.5kg et est envoyé dans l’espace grâce au lanceur Molnya (8K78). Il s’agit d’un cylindre de 1.05m de diamètre surmonté d’un dôme de sorte que l’ensemble de la sonde ait une taille de 2.035m. Au sein du cylindre se trouvent des systèmes de télécommunication ainsi qu’un enregistreur pour la télémétrie. La sonde est également équipée de panneaux solaires totalisant 2m² de cellules photovoltaïques, rechargeant des batteries argent-zinc. Du diazote sous pression est utilisé pour maintenir le corps cylindrique à une pression de 1.2 atm tandis que des volets mobiles et des ventilateurs assurent une homogénéisation de la température au sein du corps cylindrique qui, compte tenu du système de ventilation et du rayonnement thermique de la sonde voit sa température maintenue à 30°C.

Le système de télémétrie (système RNII KP) a été conçu par le scientifique Mikhaïl Riazanski. Le système de transmission est triple. Il comporte d’une part, une antenne parabolique de plus de 2m de diamètre permettant l’émission des données acquises par les instruments scientifiques. Le réflecteur de l’antenne est constitué d’une fine pellicule de cuivre. Cette antenne ne doit être déployée qu’au voisinage de Vénus afin de la protéger de toute détérioration par le vent solaire. D’autre part, de petites radios en forme de croix placées à l’arrière des panneaux solaires envoient des données en continu tout au long du voyage à la Terre sur une fréquence de 922.8MHz. Enfin, un troisième système de communication, plus sophistiqué est mis en place grâce à une antenne mise en place à l’extrémité d’une extension de 2.4m. L’antenne envoie des signaux à une fréquence de 187.5MHz. D’autre part, des ordres peuvent être envoyés depuis la terre à une vitesse de (1/6 bit par seconde (ce qui est très faible par comparaison aux télécommunications modernes)). Un signal de confirmation doit alors être réémis par la sonde avant que l’ordre ne soit pris en compte ce qui permet de remédier aux problèmes d’altération du signal. Toutefois, ce système de commande sophistiqué ne peut être utilisé que pendant la première partie du voyage de la sonde.

Les sondes 1VA disposaient de plus d’un système d’orientation et de correction de trajectoire conçu par le bureau NII-1.

Celui-ci comprend des capteurs solaires et stellaires de la NPO Gueofizika, des gyroscopes et des accéléromètres du MNII-1, de petits propulseurs au diazote sous pression et un moteur KDU-414 (11D414) pour les corrections de trajectoires.

Le premier système d’orientation est un système d’orientation par rapport au soleil. Le plan des panneaux solaires devant toujours être orthogonal à la direction des rayons incidents (avec une marge d’erreur de l’ordre de 10°). L’ajustement de la trajectoire de la sonde étant ensuite réalisé grâce à un jet d’azote (suffisant compte tenu de l’absence de frottements dans le vide). L’absence de frottement pose toutefois un problème. En effet il n’existe pas de phénomène d’amortissement donc la correction devrait être permanente (ce qui conduirait à un épuisement rapide des réserves de gaz). Cela justifie l’emploi de gyroscopes qui simulent la présence de frottement (ce procédé est d’ailleurs utilisé de nos jours).

Un autre système d’orientation existe également. En effet, lorsque la sonde entre en communication avec la station Eupatorie, elle s’oriente systématiquement de façon à orienter son axe vers le soleil.

Enfin, un système de correction de trajectoire permet de contrôler la rotation de la sonde autour de son axe grâce à un moteur (KDU-414) dont la mise en route est régie par un système de capteurs détectant la position de la sonde par rapport à des étoiles lointaines (Canopus ou Sirius).

Equipement scientifique

La sonde était équipée d’un spectromètre infrarouge, de deux compteurs Geiger-Müller, d’un Magnétomètre ainsi que d’un détecteur de micrométéorites.

Enfin, la sonde était conçue pour s’écraser sur la surface de Vénus et, à ce titre était équipée de bouées en cas d’amerrissage. En effet, en raison du très faible degré de connaissance sur Vénus au moment du lancement de Venera1, l’existence d’océans à la surface de Vénus ne pouvait totalement être exclue.

Le lanceur Molnya

Les lanceurs Molnya ont été développés à partir des fusées R7 et se distinguent par leur propulsion très efficace (qui n’a pu être également par les européens que 30ans plus tard avec la fusée Arianne4). Ainsi, ce lanceur pouvait compter plusieurs étages supérieurs. Le lancement de Venera1 a été réalisée grâce à un des tout premiers lanceurs Molnya (Molnya 8478) utilisé de 1960 à 1965.

Ses caractéristiques techniques sont les suivantes.

Premier échec

La toute première tentative de lancement de la sonde 1VA a lieu le 4 février 1961. Elle se solde par un échec puisque que la défaillance d’un étage du lanceur Molnya (le bloc-L) conduit à un blocage de la trajectoire dans l’atmosphère terrestre.

Le lancement de Venera1

Une nouvelle fenêtre de lancement (période pendant laquelle les paramètres orbitaux des corps célestes permettent l’envoi d’un objet en direction de sa cible) se présente quelques jours plus tard. Ainsi, le 4ème lanceur Molnya (8K78 n°Л1-6Б)) est amené sur son pas de tir (pas de tir n°5 (17P32-5) de la zone n°1 du cosmodrome de Baïkonour) dans la matinée du 11 février 1961. Le lancement a quant à lui lieu le 12 février 1961 à 00h64 GMT (heure locale exacte) et se déroule parfaitement comme en atteste la première communication entre la sonde et une station de réception (celle d’Eupatorie) à 02h17 GMT. Une deuxième session de communication est réalisée 02h17 GMT. Celle-ci confirme que la sonde a réussi à s’échapper de l’attraction terrestre et est désormais en route vers Vénus. Le moment est historique : pour la première fois une sonde est en route vers une autre planète. 1VA est à l’occasion rebaptisée, il s’agit désormais de Venera1.

Le vol interplanétaire

La première phase du voyage se déroule à merveille un peu moins de neuf heures après son départ, elle est déjà à 126 300km de la Terre sa vitesse étant déjà de 4050km/s. Toutefois, un grave problème de conception est diagnostiqué par la station Eupatorie. En effet, par mesure d’économie, la sonde a été planifiée pour couper ses systèmes électriques lorsqu’elle est en phase d’orientation solaire. Or, les systèmes de communication avec les stations terrestres font précisément partie de ces systèmes électriques coupés par mesure d’économie. Il en résulte que la sonde est difficilement localisable et surtout difficilement contrôlable.

Cependant, l’utilisation de radars permet de suivre tant bien que mal la sonde lors de son voyage.

Une nouvelle communication a néanmoins pu être établie le 17 février. La satisfaction causée par cette communication se voit toutefois très vite estompée par le constat que le problème de conception du système d’orientation solaire est irrémédiable. La mission est dès lors abandonnée.

Venera1 perd progressivement de la vitesse mais parvient à se rapprocher à 100000km de Vénus, ce qui constitue un exploit considérable. Son signal est ensuite définitivement perdu par les radars. Cette avancée historique est malheureusement éclipsée par la réalisation d’un des faits les plus marquants des progrès de l’exploration spatiale : l’envoi de Youri Gagarine dans l’espace le 12 avril 1961.

Les causes de l’échec

Une commission d’enquête menée par des ingénieurs du programme spatial soviétique ainsi que des membres de l’armée de l’air a permis d’identifier les causes de la défaillance du système d’orientation solaire. Celle-ci réside dans un mauvais contrôle de la température de la sonde. En effet, la régulation thermique était globale. Ainsi l’homogénéisation des températures n’était pas optimale. Les capteurs exposés au soleil étaient alors exposés à des températures estimées à 80°C ce qui a entraîné leur destruction. D’autre part, la difficulté de reprise de contrôle de la sonde lors des dernières communications établies provient d’une erreur de programmation du système de correction de la trajectoire. Par conséquent, l’ensemble des sondes envoyées à la suite de Venera1 (et pas uniquement dans le cadre du programme Venera comme en attestent les sondes MV (envoyées vers Mars)) a été équipé d’un système de réception continu des instructions en provenance des stations terrestres.

Sources

Raketii i Lioudi, tome 2, Boris TCHERTOK
The Soviet Exploration of Venus
: l'excellent site de Don MITCHELL
La page http://epizodsspace.testpilot.ru/bibl/ejeg/1961/61.html

http://www.kosmonavtika.com/lancements/1961/12021961/12021961.html

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