Surface gravity modelling and space gravimeter development in the context of solar system small bodies
(2023)
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- (fr) Les petits corps du système solaire occupent une position extrêmement intéressante dans la famille de corps céleste, car ils jouent un rôle clé dans la compréhension de la formation de notre system héliocentrique, et, finalement, de la vie. Contrairement aux planètes (telluriques) et aux plus grands satellites naturels (lunes), les petits corps ont connu beaucoup moins de transformation, quand on compare l’état actuel à celui du début du système solaire. Ces corps sont désormais nommés « capsule temporelle » du système solaire. Par conséquent, il n’est pas surprenant que diverses missions spatiales prennent ces corps pour cible. De plus, la science n’est pas la seule motivation : une nouvelle discipline, nommée « défense planétaire », voit le jour, s’intéressant aussi à la capacité à dévier de sa trajectoire un astéroïde en cours de collision apocalyptique avec la Terre. En particulier, les agences spatiales lancent deux missions de défense planétaire : la mission Hera de l’ESA, qui va suivre la mission DART NASA vers le système binaire d’astéroïdes Didymos. Après l’impact cinétique de la sonde spatiale DART sur l’astéroïde Dimorphos en 2022, qui a changé la période de son orbite, la mission européenne sera lancée pour une caractérisation détaillée du system binaire. Une des expériences de la mission est le gravimètre pour les petits corps du système solaire (GRASS), prévu d’atterrir sur Dimorphos pour mesurer l’accélération de la gravitation sur la surface. Ce sera la toute première expérience gravitationnelle de surface extraterrestre sur un petit corps. Cette thèse doctorale a contribué au développement de cet instrument, comme présenté dans la première Partie de ce document. Après l’étude de la littérature concernant les divers types de gravimètres, nous avons justifié et sélectionné le type de gravimètre utilisant un ressort. Par la suite, ce type d’instrument a été adapté pour une mission spatiale, en considérant l’environnement difficile, la gravité petite, et la nécessité absolue de miniaturisé l’instrument. Après avoir réalisé sa conception, une modèle analytique électromécanique du gravimètre est présenté, permettant de présager du comportement général de l’instrument dans un environnement de faible gravité. Ce modèle n’était pas seulement valable pour le design préliminaire électromécanique de l’instrument, mais reste, toute de même, un outil valable pour les missions futures éventuelles, en permettant de changer directement les paramètres de design et la gravité envisagée. La préparation du gravimètre pour une quelconque cible céleste, mais plus important, le traitement et l’interprétation des données ultimes retransmises vers la Terre, demande des simulations fines de la gravité. Celles-ci sont particulièrement non-triviales dans le cas de corps petits et non-sphériques, ce qui fait l’objet de la Partie deux de ce travail. Premièrement, nous détaillons les différentes contributions à la gravité et les différentes techniques de simulations utilisées. Nous comparons ensuite trois de ces méthodes et effectuons les simulations de la gravité de surface pour différents cas, et en particulier celle de cible de Hera. Finalement, en zoomant de l’échelle globale à l’échelle locale, la nouvelle méthode de coin-pentaèdres (WPM) est présentée. Cette méthode permet de prendre en considération le terrain local à proximité de l’endroit de la mesure gravitationnelle et de calculer, au bout du compte, son influence.
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Citations
Noeker, M. (2023). Surface gravity modelling and space gravimeter development in the context of solar system small bodies. https://hdl.handle.net/2078.5/100163