Programme Cosmic Vision

En 2007, le processus de pré-sélection de la première mission lourde L1, dont le lancement est planifié vers 2020, est engagé. Trois missions sont pré-sélectionnées en février 2009 (JGO, LISA et IXO) tandis que la mission TandEM (Titan and Enceladus Mission) est éliminée[10]. Ces missions lourdes devaient, à l'époque, être développées conjointement avec la NASA qui doit participer notamment à hauteur de 50 % à deux d'entre elles (IXO, LISA). Début 2011 des réductions importantes du budget de l'agence spatiale américaine entrainent l'annulation de sa participation à ces missions. Compte tenu du changement de budget disponible l'Agence spatiale européenne demande aux équipes projets d'étudier d'ici 2012 si elles peuvent poursuivre le développement de ces missions avec une participation limitée de partenaires extérieure[11]. Pour JUICE, la participation américaine se traduisait par le développement d'une seconde sonde spatiale, Jupiter Europa Orbiter, chargée d'explorer la lune Europe ; il est demandé à l'équipe de JUICE d'ajouter aux objectifs de la sonde européenne le survol d'Europe.

Les trois missions refondues sont alors[12] :

• JUICE (ex JGO) : une mission d'étude des lunes de Jupiter.
• LISA (ex NGO) : un observatoire d'ondes gravitationnelles utilisant la technique de l'interférométrie.
• ATHENA (ex IXO et ex XEUS) : un télescope spatial rayons X développé avec l'agence spatiale japonaise JAXA.

La mission JUICE est retenue en mai 2012 pour être la première mission lourde (L1) de la décennie 2015-2025. Elle est lancée le 14 avril 2023.

L'Agence spatiale européenne a émis en mars 2013 un appel à propositions pour les futures missions lourdes L2 et L3 qui seront lancées respectivement en 2028 et 2034. Le processus de sélection comprend deux étapes. Une trentaine de propositions de thèmes scientifiques ont été envoyées en mai 2013 à l'ESA dont deux ont été sélectionnés en novembre de la même année par un comité rassemblant des personnalités du monde scientifique (Senior Survey Committee) présidé par Catherine Cesarsky. Les thèmes de ces deux missions choisis fin novembre 2013 par le comité scientifique désigné par le directeur des missions scientifiques sont : l'univers chaud et énergétique pour la mission L2 et l'univers gravitationnel pour la mission L3[13] - [14] - [15] - [16]. C'est le projet ATHENA (Advanced Telescope for High ENergy Astrophysics) qui a été choisi en juin 2014 pour la mission L2[17]. La mission LISA dont l'objectif est d'identifier les ondes gravitationnelles et de localiser leurs sources est sélectionnée pour devenir la troisième mission lourde. La sélection suit de peu la fin de la mission LISA Pathfinder chargée de mettre au point les technologies nécessaires et les premières détections d'ondes gravitationnelles par des détecteurs terrestres (projet LIGO). Le lancement de la mission comprendra une constellation de trois satellites mesurant par interférométrie laser les variations de distances inter-satellite, directement reliés au passage d'une onde gravitationnelle. Son lancement est planifié en 2034[18].

En mars 2007, un premier appel à propositions est lancé pour les deux premières missions de classe moyenne M1 et M2, qui doivent être lancées en 2017-2019. Il aboutit à la formulation de 60 propositions de mission dont 19 en astrophysique, 12 dans le domaine de la physique fondamentale et 19 missions d'exploration du système solaire[19] - [20]. Six projets puis trois projets sont pré-sélectionnés en janvier 2010 pour les deux missions de classe moyenne qui doivent être lancées en 2017/2019 (M1 et M2)[21].

Les 3 missions finalistes étaient[12] :

• Euclid : mission qui doit établir une carte de la distribution de la matière noire.
• PLATO : mission de recherche d'exoplanètes. Elle est éliminée en octobre 2011.
• Solar Orbiter : mission d'observation rapprochée du Soleil.

En octobre 2011, les missions M1 et M2 sont choisies : Solar Orbiter est lancée le 10 février 2020 tandis qu'Euclid doit l'être en 2023[22].

En février 2011 l'Agence Spatiale européenne pré-sélectionne parmi 47 candidats, 4 projets pour la future mission M3 auquel s'ajoute PLATO finaliste non retenu des missions M1 ou M2. La mission M3 doit être lancée entre 2020 et 2022[23]. Les quatre candidats sélectionnés sont :

• Exoplanet Characterisation Observatory (EChO). Placé au point de Lagrange L₂, ce télescope spatial pourrait utiliser une optique de 1,5 mètre de diamètre équipée de plusieurs spectro-photomètres fonctionnant en lumière visible et en infrarouge. En utilisant la technique de spectroscopie de transit, EChO mesurerait les caractéristiques de l'atmosphère d'un échantillon représentatif d'exoplanètes. Il mesurerait en particulier la composition de celles-ci, les profils de température et de pression et l'albédo. L'objectif est d'améliorer notre connaissance sur la manière dont les planètes se forment et évoluent.
• Large Observatory For X-ray Timing (LOFT) pourrait étudier les mouvements de matière à proximité des trous noirs et son état à l'intérieur des étoiles à neutrons en analysant les émissions de rayons X et les fluctuations du spectre électromagnétique. LOFT devrait emporter deux instruments : un détecteur de rayons X doté de la plus grande superficie collectrice jamais réalisée et un instrument d'observation grand angle chargé de surveiller une large fraction de la sphère céleste.
• MarcoPolo-R est un projet recalé lors des pré-sélections de M1 et M2 qui consiste à ramener sur Terre des échantillons d'un astéroïde placé sur une orbite proche de notre planète.
• STE-QUEST (Space-Time Explorer and Quantum Equivalence Principle Space Test) est une expérience de physique fondamentale consistant à mesurer de manière particulièrement précise l’effet de la gravité sur la matière et le temps et de tester le principe d'équivalence au niveau atomique.

En octobre 2011, les deux missions moyennes qui doivent être lancées dans la décennie 2010 sont confirmées : Euclid et Solar Orbiter avec des lancements respectifs en 2019 et en 2017. Le perdant est le projet PLATO qui est donc intégré à la pré-sélection retenue pour la mission M3[24]. En février 2014, l'ESA annonce la sélection de PLATO dont le lancement est planifié en 2024. PLATO est équipé de 34 télescopes qui observent en permanence les étoiles proches d'une partie important de la voute céleste. Les exoplanètes sont détectées en mesurant avec une grande précision les variations de l'intensité lumineuse des étoiles tandis que certaines de leurs caractéristiques sont obtenues par la technique de l'astrosismologie[25].

L'appel à propositions pour la mission M4 est lancé en aout 2014[26]. Début mai 2015 l'agence spatiale européenne annonce que trois candidats ont été retenus par le comité de sélection pour cette mission qui doit être lancée en 2025. Ce sont[27]. :

• ARIEL qui doit analyser l'atmosphère autour de 500 planètes tournant autour d'étoiles proches de notre Soleil et déterminer leur composition chimique et les conditions physiques qui y règnent. L'objectif est de mieux comprendre le processus de formation du système solaire.
• THOR doit étudier un problème fondamental de la physique des plasmas en étudiant le processus d'échauffement du plasma puis de dissipation de l'énergie accumulée. À cet effet il doit être placé en orbite autour de la Terre et étudier notamment les interactions entre le vent solaire et le champ magnétique terrestre.
• XIPE est un observatoire spatial qui doit étudier le rayonnement X émis par les supernovae, les jets galactiques, les trous noirs et les étoiles à neutrons pour mieux comprendre le comportement de la matière dans cet environnement extrême.

Le projet ARIEL est sélectionné le 20 mars 2018[28].

A la suite d'un appel à propositions pour la mission M5 qui doit être lancée en 2032, trois projets parmi les 25 proposés sont sélectionnés début mai 2018. La sélection finale comprend[29] - [30] :

• SPICA est un projet de télescope spatial infrarouge proposé en collaboration avec l'agence spatiale japonaise JAXA. L'observatoire comprend un télescope d'un diamètre de 2,5 mètres fonctionnant en infrarouge moyen et lointain. Les capteurs refroidis à une température de 5 kelvins sans avoir recours à un liquide cryogénique permettent une sensibilité nettement supérieure à son prédécesseur Herschel. Pour les astronomes japonais, SPICA prend la suite du télescope infrarouge Akari.
• EnVision doit étudier la nature et l'état actuel de l'activité géologique de Vénus et ses interactions avec l'atmosphère. L'objectif est de mieux comprendre les raisons des divergences entre l'évolution de la Terre et celle de Vénus. La mission est réalisée avec une participation importante de la NASA.
• THESEUS est une mission d'astronomie des hautes énergies qui doit observer l'ensemble du ciel en effectuant un recensement systématique des sursauts gamma apparus durant le premier milliard d'années de l'univers. L'objectif est de rassembler des informations sur le cycle de vie des premières étoiles. Le recensement des sursauts gamma détectés par Theseus permettra un suivi par d'autres instruments au sol ou dans l'espace observant dans d'autres longueurs d'onde. Theseus doit être également utilisé pour identifier les sources des ondes gravitationnelles observées par d'autres instruments.

Le projet EnVision est finalement sélectionné le 10 juin 2021[31].

En octobre 2012, la mission CHEOPS, destinée à l'étude d'exoplanètes connues a été sélectionnée[34]. Il s'agit d'un développement conjoint de l'ESA et d'instituts de recherche suisses.

La deuxième mission de cette famille est comme CHEOPS, développée conjointement avec un autre pays, la Chine. La mission SMILE a été sélectionnée en juin 2015 et doit être lancée en 2023[35]. Le satellite est destiné à l'étude des interactions de la magnétosphère terrestre et du vent solaire[36].

• (en)[PDF] Sélection des objectifs scientifiques de Cosmic Vision (octobre 2005)
• (en)[PDF] Synthèse des thèmes scientifiques proposés pour les missions L2 et L3 (juillet 2013)
• (en)[PDF] Rapport du comité chargé de sélectionner les thèmes des missions L2 et L3 (novembre 2013)

Les six missions du programme Cosmic Vision :

• Euclid
• PLATO
• Solar Orbiter
• JUICE
• NGO (ex LISA)
• ATHENA (ex IXO)

• (en) Site officiel du programme Cosmic Vision