Le rôle de CONSERT dans la localisation de Philae

Quelques heures après l’atterrissage à rebondissements du 12 novembre 2014, l’ESA et le CNES ont sollicité Wlodek Kofman, chercheur CNRS à l'IPAG, l'Institut de Planétologie et d'Astrophysique de Grenoble (Université Joseph Fourier/CNRS), et ses collègues de l'IPAG, dont Alain Herique, enseignant chercheur à l'Université Joseph Fourier, pour qu’ils utilisent leur instrument dans un mode pour lequel il n’était pas préparé, mais qui aurait l’avantage de pouvoir préciser la localisation de Philae.

Retour sur une période d’une intensité exceptionnelle durant laquelle il a fallu programmer l’instrument, développer le code informatique adapté et traiter les données sans perdre une minute car le contre la montre avant l’épuisement de la pile de Philae était déjà lancé !

Comment CONSERT a-t-il participé à cette recherche du site d’atterrissage final de Philae ?

Alain Herique : « Ce qu’il faut bien comprendre en 1er lieu, c’est que nous avons procédé à vue. CONSERT est conçu pour étudier la structure de la comète et nous n’étions donc pas particulièrement préparé à effectuer une telle recherche en plus de nos activités scientifiques, qui étaient tout de même notre but premier. Mais nous avons développé la méthode, créé le code et traité les données en même temps ! »

Wlodek Kofman : « En fait, il faut voir les choses comme elles se sont passées. C’est l’ESA qui nous a demandé de faire des manips. On a demandé à Philae que CONSERT opère dans un autre mode et nous avons terminé la vie actuelle de l’atterrisseur par des mesures de CONSERT qui ont été clairement demandées par l’ESA. »

Vous aviez constaté rapidement que Philae n’était pas à la place prévue ?

AH : « Le 12 novembre, CONSERT commençait à réopérer après l’atterrissage, vers 19 h UTC, et dès que nous avons reçu les données, donc dans la nuit du 12 au 13, nous nous sommes aperçus que, à 19 h UTC, nous étions apparemment déjà en occultation, c’est-à-dire que nous transmettions déjà à travers la comète, ce qui n’aurait normalement pas dû être le cas si l'atterrisseur avait bien été posé sur le site Agilkia. »

Comment pouviez-vous voir cela ?

AH : « La première information que l’on mesure avec CONSERT, c’est la distance entre l’orbiteur et l'atterrisseur. Lorsqu’ils sont en visibilité, cette distance est extrêmement précise puisque le signal se déplace dans le vide, mais lorsque le signal traverse une portion du noyau, il y a un délai de propagation qui s’ajoute et qui dépend de la nature des matériaux traversés. Donc, à partir de cela et en supposant connue la position de Rosetta (l’orbitographie), et en faisant aussi l’hypothèse que nous avions au maximum 1 km de comète traversé avec une permittivité moyenne, qui était une hypothèse un peu large, nous avons commencé par faire une mesure de distance qui nous permettait de sortir une tranche de comète et de dire : voilà, Philae est forcément quelque part sur cette tranche là ! Nous étions en contact permanant avec le SONC à Toulouse qui a donc commencé à utiliser cette tranche pour analyser les conditions d'éclairement et de communication radio. »

Est-ce que cela correspond au grand losange jaune qui a été montré dans la journée du 13 lors de la conférence de presse de l’ESA ?

AH : « Oui, ces mesures nous donnaient 2 des côtés du losange jaune qui a été montré. C’était en fait la face sud-est et la face nord-ouest du losange. Cela correspondait aux mesures du mercredi soir, les 1ères, après nous n’avions plus rien car l’orbiteur faisant des manœuvres il n’y avait plus de liaison vers la Terre donc nous avons été nous coucher. Au matin, nous avons refait pareil, mais cette fois avec des mesures de l’autre côté, ce qui nous a donné les 2 autres faces du losange. Ce premier losange était très large parce que nous avons fait les mesures en transmission à travers la comète, donc avec l’incertitude sur le délai de propagation. »

Vous avez rapidement pu le réduire ?

AH : « D’abord, le losange a été décalé vers le sud, pas à cause de nos mesures, mais par rapport à l’orbitographie. Dans le référentiel cométaire, il y avait près de 500 m d’écart entre l’orbitographie planifiée et l’orbitographie réelle après le largage, ce qui est normal après autant de manœuvres successives et autant d’opérations complexes après le largage de Philae. Dès que l’orbitographie a été précisément reconstruite, le losange a pu être recalé sur la portion sud de la grande formation qui ressemble à un cratère, celle où se situait le site B, à cheval sur le bourrelet du cratère. »

Et c’est à ce moment que l’ESA vous a contacté pour utiliser CONSERT différemment ?

AH : « En fait, nous avions livré les points possibles au CNES qui avait commencé à regarder par rapport aux conditions de visibilité ce qui leur semblait réaliste et ils avaient trouvé que la position du losange sur le sud du bourrelet avait du sens. C’est à partir de là que l’ESA nous a demandé si nous pouvions faire des mesures supplémentaires en visibilité. Pour l’anecdote, nous avons alors testé un mode que nous n’avions imaginé que quelques semaines auparavant pour répondre à une autre demande de l’ESOC et que nous appelons le mode stroboscopique. C’est un mode pour lequel nous n’avons pas besoin de synchronisation entre nos deux instruments ; cela nous permet d’opérer avec beaucoup de mesures fausses, mais, une fois toutes les deux minutes, nous obtenons 4 points de mesures corrects. Cela nous été très utile et cela nous a permis de récolter des points de mesures en visibilité le jeudi soir, le vendredi matin et le vendredi soir juste avant l’épuisement de la pile. »

Est-ce que les mesures en visibilité sont comparables à de la radiogoniométrie ?

AH : « Non, ce n’est pas de la radiogoniométrie dans le sens où en radiogoniométrie on mesure des angles, des directions, alors que là nous avons mesuré uniquement des distances. Et comme cela se fait dans l’espace libre, nous mesurons du temps de propagation, ce qui permet un résultat très précis, de l’ordre du mètre. En tenant compte de toutes les erreurs possibles, nous sommes finalement arrivés à une précision des distances mesurées en visibilité entre Rosetta et Philae de l’ordre d’une dizaine de mètres. »

C’est ce qui a permis de réduire le losange et d’arriver à la zone bleue allongée que l’on voit sur l’illustration ?

AH : « Tout à fait, c’est bien cette zone bleue. Nous avons même raffiné depuis, mais tout cela n’est juste qu’en supposant que le modèle de forme qu’on nous a fourni est correct à une dizaine de mètres près et que l’orbitographie est, elle aussi, précise à quelques mètres. »

Il y a quelques jours, la caméra OSIRIS-NAC de Rosetta a fait des images de cette zone, est-ce que vous savez s’il y a quelque chose sur ces images ?

WK : « Non, on ne sait pas encore. »

AH : « Il y a eu beaucoup d’alertes en disant "nous avons un point brillant ici ou ici", mais, à chaque fois, pour le moment, une image plus ancienne montrait déjà ces points brillants. Tant que Rosetta est loin, c’est très difficile de faire la différence entre Philae et un bloc au Soleil ! »

WK : « Disons que nous sommes optimistes et que nous espérons avoir localisé visuellement l'atterrisseur prochainement. »

Depuis que Philae est éteint il n’y a plus du tout de mesure possible avec l’antenne que est sur Rosetta ?

AH : « Non ! Notre système fonctionne avec l'atterrisseur ET l’orbiteur. »

La partie orbiteur ne peut pas faire de mesure seule dans un autre mode qui n’était pas forcément documenté ?

WK : « Malheureusement non. En fait, pour rappeler l’histoire, nous avons été acceptés sur la mission parce que nous avions un instrument avec une masse très faible et que nous consommions très peu de puissance. Pour loger un vrai radar qui aurait pu réfléchir les signaux sur le sol, il nous aurait fallu 10 kg et plus de puissance et, du coup, nous n’aurions sans doute pas été acceptés. »

Grâce à cette faible consommation cependant, si Philae se réveille au printemps et que sa batterie se recharge malgré la mauvaise orientation de la plupart des panneaux solaires, CONSERT pourrait avoir plus facilement l’énergie qui lui est nécessaire pour travailler ?

WK : « Normalement oui. Nous pensons que nous pourrons faire des mesures. Bon, nous verrons bien quel ensoleillement il y a, mais, normalement, nous devrions pouvoir faire des mesures et nous nous orientons vers le type d’utilisation que nous avons mis au point il y a deux semaines, le mode stroboscopique. Ce n’est pas forcément le meilleur cas de figure, mais sinon nous risquons de ne pas faire de mesures ! »

AH : « Le problème, c’est que nous aurons une complexité supplémentaire liée à l’orbite de Rosetta. Si nous voulons utiliser le mode normal, nous devons pouvoir commander l'atterrisseur et synchroniser nos instruments ; pour cela, il faut que l’orbiteur soit en visibilité puis, après, pour faire les mesures, il faut qu’il soit de l’autre côté du noyau. Or nous avions de très belles orbites actuellement pour faire cela, mais l'atterrisseur est en hibernation. S’il se réveille au printemps, les trajectoires de Rosetta seront bien différentes et cela va être beaucoup plus compliqué de faire fonctionner CONSERT. »

Pour les résultats des sondages qui ont été effectués du 12 au 15 novembre, est-ce que vous avez besoin de connaître précisément la position au sol de Philae ?

AH : « Nous pouvons "vivre" sans cela, mais nous en aurons besoin si nous voulons vraiment pouvoir exploiter toutes les données à fond. Nous avons également besoin, même si c’est moins critique, de comprendre la configuration de Philae, son orientation par rapport à la surface pour savoir comment nos antennes interagissent avec le milieu. C’est d’autant plus nécessaire que l’orientation de l’atterrisseur est manifestement un peu "tordue" et nous avons donc vraiment besoin d’obtenir le modèle de terrain le plus propre possible autour de Philae pour améliorer nos données. »

Rosetta est une mission de l’ESA avec des contributions de ses États membres et de la NASA. Philae, l’atterrisseur de Rosetta, est fourni par un consortium dirigé par le DLR, le MPS, le CNES et l'ASI. Rosetta est la 1ere mission dans l'histoire à se mettre en orbite autour d’une comète, à l’escorter autour du Soleil, et à déployer un atterrisseur à sa surface.