Sakigake

Sakigake et Suisei ne sont pas les seules sondes spatiales développées pour étudier Halley à l'occasion de son passage près du Soleil en 1956. L'Union soviétique prévoit de lancer deux missions à destination de Vénus - Vega 1 et Vega 2 - qui, une fois leur mission principale remplie (largage d'un ballon-sonde et d'un atterrisseur dans l'atmosphère de Vénus, doivent survoler à faible distance le noyau comète. Ces sondes spatiales emportent des instruments pratiquement similaires à ceux de Giotto. L'Agence spatiale européenne, de son côté, développe Giotto qui doit survoler la comète à moins de 1000 kilomètres et emporte une dizaine d'instruments scientifiques. Un comité est mis en place - l' Interrnal Halley Watch - sous l'égide des Nations unies pour coordonner les opérations de ces différentes sondes spatiales (baptisée l'Armada de Halley) et limiter les observations redondantes. La décision la plus importante prise par cette commission est d'affiner la trajectoire de Giotto, qui est la dernière mission à survoler Halley, à l'aide des informations fournies par les sondes spatiales Vega. En effet, compte tenu de la vitesse de la comète, des jets de gaz émis et des difficultés soulevées par l'observation d'un objet aussi proche du Soleil, il était difficile de déterminer la trajectoire de Halley avec une précision inférieure à 3 000 km. Les mesures prises par les sondes spatiales Vega permettaient de réduire cette valeur à 125 km[3].

Pour pouvoir lancer sa première mission interplanétaire, l'ISAS devait développer une version de lanceur suffisamment puissante, créer une station terrienne disposant d'une antenne parabolique suffisamment large pour pouvoir communiquer à grande distance avec les sondes spatiales, développer une plateforme de satellite adaptée au fonctionnement dans l'espace interplanétaire et mettre au point un logiciel de navigation permettant de contrôler avec une grande précision la trajectoire des engins interplanétaires[4].

Le lanceur Mu-3SII

Maquette du lanceur Mu-3SII développé pour le lancement des sondes spatiales à destination de la comète de Halley (échelle 1).

L'ISAS dispose à l'époque du lanceur Mu-3S capable de placer 300 kg en orbite basse. Cette fusée d'une masse de 50 tonnes comporte trois étages à propergol solide et 8 petits propulseurs d'appoint. Pour lui donner une capacité de lancement interplanétaire, le deuxième (M-23) et le troisième étage (M-3B) sont de nouvelles versions allongées, les huit propulseurs d'appoint sont remplacés par deux propulseurs fournissant une poussée globale beaucoup plus importante. Le premier étage (M-13) reste inchangé. Un quatrième étage (KM-P) est ajouté pour fournir la poussée permettant d'échapper à l'attraction terrestre. Toutes ces modifications permettent au lanceur de placer un satellite de 770 kg sur une orbite basse et une sonde spatiale de 140 kg sur une orbite interplanétaire[4].

Construction de la station terrienne d'Usuda

L'antenne parabolique de 64 mètres de diamètre du Centre d'espace lointain d'Usuda.

Pour communiquer à grande distance avec les sondes spatiales lancées vers la comète de Halley, l'ISAS a besoin d'une station terrienne disposant d'une antenne parabolique de grande taille. Un groupe de travail formé par des ingénieurs de Mitsubishi Electric et NEC étudie en 1980 les réalisations existantes. Le site choisi pour installer la station devait répondre à plusieurs critères : il devait être entouré de montagnes pour que celles-ci fassent écran aux émissions radio terrestres, être à l'écart des lignes aériennes, être éloigné des lignes à haute tension, être suffisamment proche de Tokyo, siège de l'agence spatiale, pour la transmission des données. Enfin l'installation devait obtenir l’agrément des autorités locales. Une dizaine de sites répondant à ces critères sont étudiés. Le site retenu se trouve dans le village d'Usada rattaché à la ville de Saku à 170 kilomètres de Tokyo. Pour installer l'antenne parabolique de 64 mètres de diamètre et de 2 000 tonnes, une route est construite pour desservir le site. Le Centre d'espace lointain d'Usuda est inauguré le 31 octobre 1984 trois mois avant le lancement de Sakigake[5].

Compte tenu de sa fenêtre de lancement, Sakigake ne pouvait pas s'approcher de moins de quelques millions de kilomètres de la comète de Halley. Passant à 7 millions de kilomètres de celle-ci on lui donna comme objectif de mesurer les interactions éventuelles entre le plasma cométaire et le vent solaire[6]

Sakigake utilise une plateforme ultralégère développée par Nippon Electronics Corporation similaire à celle de Suisei. Le corps de la sonde est construit autour d'un tube central qui supporte une plateforme sur laquelle sont fixés les équipements électroniques et le cylindre de 1,4 mètre de diamètre, haut de 80 cm dont les flancs sont couverts de cellules solaires qui fournissent environ 104 watts. Pour alléger l'ensemble, les structures sont réalisées en nid d'abeilles d'aluminium et en composite carbone. Sur la partie supérieure se trouvent une antenne parabolique grand gain de 80 cm de diamètre permettant de transmettre les données avec un débit de 64 kilobits/seconde ainsi que les instruments scientifiques. La sonde dispose également d'antennes moyen gain et faible gain. La masse totale est de 139,5 kg[7].

La sonde est stabilisée par mise en rotation autour de l'axe du cylindre avec deux vitesses possibles : 0,2 tour par minute et 6,3 tours par minute (vitesse normale). L'axe de rotation est maintenu perpendiculaire au plan de l'orbite. L'antenne grand gain est fixée sur un axe dont le mouvement de rotation neutralise celui du satellite pour la maintenir pointée vers la Terre. Le contrôle d'attitude et les corrections de trajectoire sont effectués à l'aide de moteurs-fusées d'une poussée de 3 newtons fonctionnant avec de l'hydrazine. La sonde spatiale en emporte 10 kg dans deux sphères en titane qui permettent un changement de vitesse total de 50 m/s. La sonde spatiale utilise des capteurs solaires et un viseur d'étoiles pour déterminer son orientation[7].

Sakigake est lancée le 7 janvier 1985 T.U. depuis le centre spatial de Uchinoura par une fusée Mu M-3SII dont c'est le premier vol. Le lancement a dû être décalé de 3 jours à cause du mauvais temps puis d'un problème de valve sur le lanceur ce qui a pour effet d'accroitre la distance de survol de la comète de 3 millions de kilomètres[9]. Le fonctionnement du lanceur est néanmoins nominal. La sonde spatiale est placée sur une orbite héliocentrique de 0,81 x 1,01 U.A. avec une inclinaison orbitale de 0,07° par rapport au plan de l'écliptique et une période orbitale autour du Soleil de 318,6 jours. Elle passe au plus près de la comète de Halley le 11 mars 1986, à une distance de 6,99 millions de kilomètres. La durée de la mission était fixée à 18 mois mais la sonde spatiale disposait encore d'une grande quantité de carburant. L'envoi vers Vénus et Mars sont écartés faute d'une instrumentation adaptée et en ce qui concerne Mars parce que la sonde spatiale n'est pas conçue à une distance aussi grande du Soleil. L'agence spatiale japonaise décide de diriger la sonde spatiale vers la comète 21P/Giacobini-Zinner avec un survol programmé en février 1996. Pour y parvenir la sonde spatiale devait manœuvrer pour passer à quatre reprises près de la Terre en utilisant l'assistance gravitationnelle de celle-ci. Un premier passage effectué le 8 janvier 1992 modifie son orbite (0,916 x 1,154 U.A.) et permet aux instruments de Sakigake de collecter des données sur la queue de la magnétosphère terrestre. Deux autres survols de la Terre sont effectués le 14 juin 1993 et le 28 octobre 1994 , mais avec une moindre précision. L'hydrazine ayant été pratiquement épuisée, l'agence spatiale abandonne l'idée d'un deuxième survol de comète. Les télémesures ne sont plus envoyées par la sonde spatiale à partir du 15 novembre 1995, mais le signal continue à être reçu. L'émetteur de la sonde spatiale est éteint le 7 janvier 1999 le jour du 14^e anniversaire de son lancement[10] - [11] - [12].

Des ondes de plasma kilométriques ont été détectés dans la gamme de fréquence 30-195 kHz alors que la sonde se situait à des distances allant de 7 à 12 millions de km. Ces ondes électromagnétiques sont le résultat des ondes de plasma interagissant localement selon le sens de propagation de l'onde de choc. En prenant en compte le taux de production de gaz par la comète et le taux d'ionisation par les radiations UV du vent solaire, la densité du plasma dans la coma a pu être estimée. Compte tenu de ce résultat, et des positions mesurés du choc, la distance entre l'arc de choc au noyau de la comète a été évalué entre 400 000 et 500 000 km[13]. Des distances similaires ont été trouvées par l'expérience RPA-Copernic de Giotto[14] et l'expérience ESP de Suisei[15].

Lors du plus proche survol, le magnétomètre à relevé des ondes hydromagnétiques linéairement polarisées d'une amplitude de 2 nT. Un signal d'une durée d'environ deux heures a été mesuré sur l'axe y du magnétomètre avec une période de 375 s puis successivement sur l'axe z avec une durée et une amplitude similaire mais d'une période de 150 s. Ces fréquences coïncident avec la fréquence cyclotron de ${\displaystyle {\ce {O+}}}$ (ou ${\displaystyle {\ce {H2O+}}}$)[13]. Ces ions sont vraisemblablement arrachés à la comète par le plasma du vent solaire. La présence de ces ions a été vérifié par l'expérience ESP de Suisei et des ondes similaires ont été détecté sur la comète Giacobini-Zinner par la sonde ICE[16].