Venus Orbiter Mission

Venus Orbiter Mission (VOM) ou Shukrayaan-1 est une mission spatiale à destination de la planète Vénus développée depuis 2017 par l'agence spatiale indienne. La sonde spatiale de type orbiteur, dont le financement a été approuvé par le gouvernement indien en septembre 2024, doit être lancée par une fusée indienne LVM-3 vers 2028. L'instrument principal de la sonde spatiale qui orbitera autour de Vénus est un radar à synthèse d'ouverture. Les principaux objectifs de la mission sont de cartographier la surface de la planète et d'étudier son atmosphère.

Venus Orbiter Mission
Sonde spatiale

Schéma en configuration repliée.

Données générales

Organisation	ISRO
Domaine	Étude de Vénus
Type de mission	Orbiteur
Statut	En cours de développement
Lancement	vers 2028
Lanceur	LVM-3

Caractéristiques techniques

Masse au lancement	2500 kg
Masse instruments	~100 kg
Contrôle d'attitude	Stabilisé 3 axes
Source d'énergie	Panneaux solaires
Puissance électrique	> 500 Watts (pour la charge utile)

Orbite polaire

Altitude	200 x 600 km

Principaux instruments

VSAR	Radar à synthèse d'ouverture
VSEAM	Spectromètre imageur
VMC	Caméra infrarouge thermique
LIVE	Mesure du champ électrique
VASP	Spectropolarimètre
VIRAL	Spectromètre à occultation

Historique du projet

A la suite du succès de la première mission Chandrayaan-1 et de la mission Mars Orbiter, l'agence spatiale indienne étudie la faisabilité d’une mission à destination de la planète Vénus. Le premier projet est présenté lors de la conférence spatiale de Tirupati en 2012. L'ISRO est autorisée à mener des études préliminaires et en 2017 elle publie un appel à propositions auprès des universités indiennes pour définir la charge utile (instruments scientifiques) d'une mission à destination de Vénus. En 2018, l'ISRO publie un nouvel appel à propositions invitant la communauté scientifique internationale à soumettre des propositions de charges utiles. La capacité d'emport scientifique totale est fixée à 100 kg.

Fin 2018, la configuration de la mission vers Vénus est toujours en cours. En novembre 2020 l'ISRO présélectionne 20 propositions internationales dont des collaborations avec des centre de recherche de Russie, de France, de Suède et d'Allemagne. Les dates de lancement envisagées à l'époque sont 2028 et éventuellement 2031. Le développement de la mission d'exploration de Vénus est plus long que prévu car le projet Gaganyaan (programme spatial habité) est devenu prioritaire.

Finalement le financement de la mission est approuvé par le gouvernement indien en même temps que celui de la mission de retour d'échantillons lunaire Chandrayaan-4 le 18 septembre 2024. Le budget alloué à la missionest de 1236 crore roupies (111 millions euros) avec une date de lancement par une fusée indienne LVM-3 prévue pour 2028.

Objectifs scientifiques

Les objectifs scientifiques de la sonde spatiale sont les suivants :

• Cartographier la surface de la planète avec une résolution spatiale comprise entre 30 et 40 mètres
• Déterminer la structure et la stratigraphie de celle-ci en particulier ses Point chauds.
• Déterminer les caractéristiques de l'atmosphère de Vénus (structure et composition, dynamique des nuages)
• Étudier l'ionosphère de la planète.

Caractéristiques techniques de la sonde spatiale

Shukrayaan-1 est un engin d'environ 2500 kilogrammes dont 100 kilogrammes de charge utile.

Instruments

Schéma de l'orbiteur en orbite avec ses panneaux solaires et ses antennes (radar, télécoms, détecteur champ électrique,...) déployées.

L'instrument principal de la mission est une version améliorée du radar embarqué sur l'orbiteur lunaire indien Chandrayaan-2. Sa résolution spatiale est nettement meilleure que le radar de la sonde spatiale de la NASA Magellan qui a jusqu'à présent fourni les meilleurs images de Vénus. La sonde spatiale disposera également d'un radar destiné à sonder les couches superficielles de la planète. Les autres instruments ont été sélectionnés à la suite d'un appel à propositions lancé en 2018 auprès des instituts de recherche de l'Inde et des autres pays.

Les 20 instruments, qui ont été présélectionnés, sont :

• VSAR est un radar à synthèse d'ouverture qui fonctionne en bande S (2,5 GHz soit 12 cm) avec quatre polarisations différentes : circulaire, totale, simple et double. Ses principaux objectifs scientifiques sont la recherche d'un volcanisme récent et actif, la détection de points chauds volcaniques, la caractérisation des cratères d'impact et des éjectas et des roches fondues liés ainsi que la cartographie globale de Vénus avec une résolution spatiale de 20 à 30 m, soit un ordre de grandeur supérieur à celle obtenue par la sonde spatiale américaine Magellan. L'instrument SAR fonctionnera également en mode radiomètre pour mesurer la température avec une résolution spatiale de 10 km/pixel. Il permettra ainsi de mesurer la constante diélectrique, la rugosité de la surface, la température de brillance et la topographie.
• Le spectromètre imageur hyperspectral VSEAM (Venus Surface Emissivity and Atmospheric Mapper) effectuer ses relevés dans le proche infrarouge (NIR) et l'infrarouge court (SWIR) (0,78-1,7 µm) en produisant des images dans 200 bandes spectrales qui peuvent être sélectionnées à distance. Sa résolution spectrale est d'environ 10 nm et sa résolution spatiale d'environ 200 m à 500 km d'altitude. Il mesure la radiance spectrale dans les bandes hyperspectrales. Les principaux objectifs scientifiques de VSEAM sont l'identification des points chauds volcaniques actifs à partir des anomalies thermiques et des études atmosphériques, l'étude de la structure des nuages à l'aide de différents canaux spectraux, ainsi que la cartographie de l'eau (H₂O) et des aérosols.
• La caméra thermique VTC (Venus Thermal Camera) doit permettre de comprendre la dynamique atmosphérique et les nuages de Vénus. Elle cartographiera l'émission thermique du sommet des nuages dans les longueurs d'onde comprises entre 8 et 12 μm. La résolution spatiale est de 0,5 km à une altitude de 500 km. La radiance est mesurée pour permettre l'étude de la variation spatiale et temporelle des caractéristiques thermiques de l'atmosphère vénusienne et identifier les caractéristiques atmosphériques à l'échelle planétaire.
• Les données fournîes par la caméra VCMC (Venus Cloud Monitoring Camera) remplit les objectifs suivants : comprendre la dynamique de la circulation atmosphérique de Vénus grâce à des observations inédites à proximité du pôle, étudier les diverses caractéristiques des ondes et le forçage du moment angulaire induit dans l'atmosphère vénusienne et explorer les signatures non ambiguës de la foudre grâce à des mesures synergiques. La caméra p fonctionnera dans deux longueurs d'onde ultraviolet (283 et 365 nm) et en lumière visible (700 nm). Elle offrira une résolution spatiale de 0,5 km dans l'ultraviolet et de 1 km dans le visible (à une altitude de 500 km).
• LIVE (Lightning Instrument for VEnus) mesure le champ électrique basse fréquence dans une gamme de fréquences allant de 100 Hz à 30-40 kHz environ. Il sera utilisé pour mesurer le champ électrique généré par le plasma et la foudre dans l'atmosphère de Vénus. LIVE effectier ses mesures dans quatre fréquences : 100 Hz, 730 Hz, 5 400 Hz et 30 000 Hz. Les objectifs scientifiques de LIVE sont la détection de la foudre dans l'environnement vénusien, la compréhension du modèle électrostatique des nuages vénusiens à partir des caractéristiques du signal de foudre et l'estimation de l'énergie générée par la foudre reçue etsa fréquence dans l'atmosphère de Vénus. L'instrument mesurera le voltage généré par la foudre et le taux d'éclairs avec une sensibilité supérieure à 100 µV/m.
• Le spectropolarimètre VASP (Venus Atmospheric SpectroPolarimeter) fonctionne dans la gamme de longueurs d'onde de 0,9 à 1,7 μm (proche infrarouge) tout en mesurant la polarisation linéaire. Ses principaux objectifs scientifiques sont l'étude de la corrélation entre l'altitude du sommet des nuages et leurs propriétés microphysiques ainsi que l'analyse du processus de circulation atmosphérique globale sur Vénus. L'instrument mesure la radiance spectrale avec une résolution spectrale d'environ 2 à 4 nm et une résolution spatiale d'environ 8 km.
• SPAV (Solar occultation photometry for vertical profiling of Aerosols and thin clouds in Venusian atmosphere) utilise la technique de l'occultation solaire pour mesurer la distribution verticale des aérosols et des couches de brume dans la mésosphère vénusienne. Cette technique consiste à mesurer à chaque orbite l'atténuation de l'irradiance solairele long de la ligne de visée (LoS) à chaque lever et coucher de soleil. Cette mesure est effectuée à l'aide d'un photomètre à deux canaux (longueurs d'onde de 500 nm et 850 nm). Les objectifs scientifiques de SPAV sont de comprendre les processus dynamiques et physiques, tels que le transport et la diffusion, ainsi que l'influence de la thermodynamique atmosphérique sur la distribution verticale des aérosols dans la région mésosphérique. Les mesures d'irradiance solaire permettent de reconstituer les profils d'atténuation des aérosols en altitude, avec une résolution verticale d'environ 1 à 2 km.
• NAVA (Narrow band oxygen Airglow detection in Venusian Atmosphere) utilise une technique photométrique novatrice, intégrée avec succès à un instrument à capteur CCD, pour mesurer les émissions de luminescence atmosphérique vénusienne (de jour comme de nuit) pour les raies d'émission de l'oxygène dans le vert (557,7 nm) et le rouge (630,0 nm). NAVA a pour objectif l'étude de l'origine des variations spatio-temporelles d'intensité de ces raies. Il doit permettre de comprendre comment l'ionosphère nocturne de Vénus maintient son ionisation et déterminer si la précipitation d'électrons à travers les lacunes ionosphériques profondes contribue au maintien de l'ionosphère et de la luminescence nocturne. La résolution temporelle des mesures d'intensité de ces émissions varie de 1 à 5 secondes.
• Le spectromètre de masse quadripolaire VETHICA (VEnus THermosphere Ionosphere composition Analyser) identifie les éléments neutre et ionisés. Ses objectifs scientifiques sont d'étudier la distribution en altitude et en latitude de la composition en éléments neutres et ioniques dans la région thermosphère-ionosphère-exosphère de Vénus et d'explorer la dynamique du plasma vénusien à travers les interactions ion-neutre. La pression partielle, résolue en masse, des différentes espèces présentes dans l'atmosphère vénusienne, dans la gamme de masses de 1 à 300 masses atomiques, est mesurée avec une résolution de 1 masse atomique.
• VARTISS (Venus Advanced Radar for Topside Ionosphere and Subsurface Sounding) est un radar sondeur basse fréquence fonctionnant dans deux modes : ionosphérique et souterrain. En mode ionosphérique, il balaie les fréquences de 0,1 MHz à 10 MHz et sonde en continu la surface de l'ionosphère vénusienne quel que soit l'angle zénithal solaire. Les objectifs scientifiques de VARTISS en mode ionosphérique sont l'étude de la structure de l'ionosphère vénusienne (densité et altitude maximales en fonction de l'angle zénithal solaire, quantification des variations), l'étude de l'ionosphère nocturne, la caractérisation de l'ionopause vénusienne et de ses variations en fonction du vent solaire et des événements transitoires solaires, ainsi que l'étude des différentes perturbations présentes dans l'ionosphère, telles que les ondes de gravité, les marées et les ondes planétaires. Les objectifs scientifiques du mode souterrain sont l'étude de la structure verticale et de la stratigraphie des unités géologiques, notamment les points chauds volcaniques actifs et les coulées de lave, ainsi que la détection des structures et formations enfouies. Les échos réfléchis mesurés peuvent être convertis en profils de densité électronique avec une résolution verticale et horizontale d'environ 5 à 10 km et une résolution spatiale d'environ 80 à 100 km. Les profils du sous-sol sont mesurés avec une résolution verticale et horizontale de 10 m et 25 m et d'environ 3 km respectivement.
• VEDA (Venusian Electron temperature and Density Analyser) est un instrument qui doit contribuer à expliquer la variabilité de l'altitude de l'ionopause en fonction du forçage solaire (angle zénithal solaire, pression dynamique, etc.) et qui doit fournir aux modèles de l'atmosphère vénusienne des données réelles sur la température électronique (Te). Ce capteur mesure la densité électronique dans la gamme de 100 à 5 × 10⁵ cm⁻³ et la température électronique dans la gamme de 700 à 8 000 K.
• RPA (Retarding Potential Analyser) est un analyseur de potentiel retardateur utilisant une série de grilles électrostatiques pour mesurer la distribution énergétique des ions. Les objectifs scientifiques de l'instrument RPA sont la compréhension systématique de la variabilité et de la dynamique du plasma ionosphérique et de la haute atmosphère vénusiennes, ainsi que de l'interaction entre Vénus et le vent solaire et ses implications pour le transport du plasma et l'échappement atmosphérique. Les paramètres mesurés sont la densité électronique, la température électronique, la densité ionique, la température ionique, la vitesse de dérive des ions et la composition ionique. Les densités ioniques et électroniques mesurées se situent dans la gamme : 10 – 10⁶ cm^-3 et des températures comprises entre 100 K et 5000 K et entre 100 et 25000 K.
• VIPER (Venus Ionospheric Plasma wave detectoR) a pour objectif l'étude de l'environnement plasmatique et magnétique autour de Vénus et la caractérisation des ondes de plasma. Les paramètres mesurés sont les densités d'électrons et d'ions, la température du plasma électronique et ionique, ainsi que les variations des champs magnétique et électrique ambiant. Les densités d'ions et d'électrons mesurées sont de l'ordre de 10² à 10⁶ cm^-3 , la résolution du champ électrique de 1 Hz et résolution du champ magnétique de 0,1 nT.
• VeRad (Venus Radiation environment monitor) a pour objectif l'étude de l'impact des particules énergétiques solaires suprathermiques et de haute énergie (SEP) sur l'atmosphère de Vénus et la détermination de leur rôle dans le maintien de l'ionosphère nocturne. Le spectre des particules chargées mesuré se situe dans la gamme d'énergie comprise entre 100 keV et 100 MeV.
• SXS (Solar Soft X-ray Spectrometer) est un spectromètre à rayons X mous solaires (S3) dont l'objectif est de mesurer l'irradiance solaire des rayons X mous pénétrant dans l'atmosphère de Vénus. Le capteur comprend un détecteur SDD, un mécanisme à trois positions et l'électronique d'acquisition associée à la lecture de la charge du détecteur. Il mesure le spectre des rayons X solaires dans la gamme d'énergie comprise entre 1 et 15 keV avec une résolution énergétique de 200 eV à 5,9 keV et une fréquence d'acquisition d'une seconde.
• VODEX (Venus Orbit Dust Experiment) est un détecteur de poussières à ionisation par impact constitué d'une fine feuille d'or. Ses principaux objectifs scientifiques sont l'étude de l'abondance, du flux et de la distribution des particules de poussière interplanétaire autour de Vénus. Les paramètres mesurés sont le temps de montée, la tension de crête et le taux d'impact. La vitesse et la masse des particules mesurées sont respectivement comprises entre 1 et 40 km/s et entre 10^-18 et 10^-12 kg.

Plusieurs instruments sont fournis par des agences spatiales étrangères ou développés en collaboration avec celles-ci :

• VISWAS (Venus Ionospheric and Solar Wind particle AnalySer) un instrument suédois destiné à mesurer le taux d'échappement des particules neutres et ionisées de l'atmosphère de Vénus et les différents processus en jeu ainsi que les caractéristiques du plasma impliqué. Les données recueillies sont le nombre d eparticules de particules (flux différentiel) pour différentes classes d'énergie, d'angle et de masse (pour les ions et les atomes neutres énergétiques). Les gammes d'énergie mesurées pour les ions, les électrons et les atomes neutres énergétiques seront respectivement de 10 eV à 30 keV, de -10 eV à 5 keV et de 10 eV à 10 keV.
• RAVI (Radio Anatomy of Venus Ionosphere) est une expérience utilisant l'occultation radio conçu pour étudier la structure thermique de l'atmosphère de Vénus au-dessus et au-dessous des nuages, les variations de l'ionosphère en conditions solaires calmes et perturbées et d'estimer la contribution de H₂SO₄ à l'énergie de cette atmosphère. Le système de télécommunications entre la sonde spatiale et la Terre sera utilisé pour cette expérience. Les variations de fréquence permettront de déduire la densité électronique dans l'ionosphère avec une résolution supérieure à 500 électrons par cm³, ainsi que la température, la pression et la densité numérique avec des incertitudes allant de 0,1 % à 50 km jusqu'à 10 % à 100 km. Cet instrument sera développé en collaboration avec une équipe scientifique allemande.
• VIRAL (Venus InfraRed Gases Linker) un spectromètre à occultation développé par l'institut de recherche russe IKI. L'instrument doit permettre d'obtenir des profils verticaux des caractéristiques suivantes de l'atmosphère de Vénus : densité atmosphérique, la température, dioxyde de carbone (CO₂) , du rapport HDO/H₂O au-dessus du sommet des nuages ainsi que des concentrations de H₂O et de SO₂ dans et au-dessus des nuages et des particules en suspension. VIRAL mesurera également le champ de vent mésosphérique en effectuant des mesures Doppler directes. L'instrument VIRAL utilise la spectroscopie d'occultation solaire, couvrant le spectre infrarouge de 2,3 à 4,3 μm. Il permet une haute résolution verticale avec une empreinte au limbe de 1 km. Il fournira les profils verticaux de température et de CO₂ entre 65 et 180 km d'altitude avec une précision de 10 %, le rapport CO₂ / CO avec une précision de 1 % ainsi que la mesure directe de l'élargissement Doppler des raies du CO₂ et du décalage Doppler induit par le vent entre 65 et 140 km d'altitude.

Déroulement de la mission

La sonde spatiale doit être lancée par une fusée indienne LVM-3. Après un transit de plusieurs mois entre la Terre et Vénus, la sonde spatiale doit se placer sur une orbite très elliptique de 500 x 60000 kilomètres avec une inclinaison orbitale proche de 90° (orbite polaire). Au cours de l'année suivante, la sonde spatiale utilise la technique de l'aérofreinage pour se placer sur une orbite polaire basse de 200 x 600 km.

Voir aussi

Articles connexes

• Programme spatial de l'Inde
• Exploration de Vénus

Liens externes

• (en) « Principales caractéristiques de la mission telles que définies lors de l'accord du gouvernement indien en septembre 2024 », sur ISRO, septembre 2024
• (en) Enjeux et état des lieux de l'exploration de Vénus (Nature, juin 2019)