Explorer les mystères des géantes de glace du Système solaire, Uranus et Neptune, est devenu un objectif prioritaire pour la NASA et l’ESA. Et pour cause, alors que des sondes spatiales ont déjà exploré la plupart des planètes de notre système, ces deux mondes éloignés demeurent largement inconnus. Pour mieux s’y préparer, des chercheurs ont mené une expérience visant à simuler les conditions auxquelles une sonde devrait faire face en descendant à travers leurs atmosphères énigmatiques.
Les deux géantes de glace oubliées du Système solaire
Uranus et Neptune sont ce qu’on appelle des « géantes de glace ». Cela signifie que contrairement aux planètes gazeuses, qui sont principalement constituées d’hydrogène et d’hélium, ces planètes ont une composition plus riche en éléments plus lourds tels que l’eau, l’ammoniac et le méthane. Leur atmosphère peut notamment contenir des cristaux de ces composés volatils.
Ces planètes sont cruciales pour notre compréhension du Système solaire et leur exploration peut fournir des informations essentielles sur les conditions de formation des planètes en général. C’est pourquoi au cours de ces dernières années, Uranus et Neptune ont fait l’objet d’une vaste campagne visant à mettre en place une mission d’exploration.
Ces deux mondes ont en effet été largement boudés au cours de ces dernières décennies. Et pour cause, Uranus est à plus de 2,7 milliards de km de la Terre tandis que Neptune ne s’approche pas à moins de 4,3 milliards de km. À de telles distances, il faut évidemment beaucoup d’énergie pour acheminer une sonde dans un délai raisonnable. C’est pourquoi les différentes agences opérantes ont préféré se focaliser sur Mars, Vénus, Jupiter ou encore Saturne.
Des tests en soufflerie
Les projets d’exploration des planètes géantes de glace du Système solaire, notamment Uranus et Neptune, impliquent des recherches approfondies pour comprendre les défis représentés par l’entrée dans leurs atmosphères. Ces planètes présentent en effet des environnements aérothermiques complexes. Simuler ces conditions paraît donc essentiel pour concevoir des vaisseaux spatiaux capables de résister à l’échauffement intense généré lors de la descente.
Des tests ont récemment été effectués en ce sens dans le tunnel Oxford T6 Stalker de l’Université d’Oxford, la soufflerie à plasma PWK1 de l’Institut des systèmes spatiaux de l’Université de Stuttgart et d’autres installations adaptées en Allemagne et au Royaume-Uni. Ces tests ont simulé des vitesses d’entrée allant jusqu’à 19 km/s avec une composition atmosphérique représentative des planètes géantes de glace.
Les résultats ont montré que la présence de petites quantités de méthane (CH4) avait un impact significatif sur le rayonnement spectral, soulignant l’importance de comprendre la composition atmosphérique pour concevoir des protections thermiques efficaces. Ces études, financées par l’Allemagne, le Royaume-Uni et l’ESA, ont atteint le niveau de préparation technologique 6, démontrant la capacité à tester des modèles dans des environnements pertinents.
Les travaux se poursuivent avec des projets visant à développer des capteurs d’instruments pour les entrées dans les géantes de glace et un nouveau code de dynamique des fluides pour en caractériser l’environnement aérothermique.
