Sonde spatiale

Les missions d'exploration du système solaire sont coûteuses et de ce fait rares (quelques missions par an toutes agences spatiales confondues) alors que les sujets d'étude se multiplient au fur et à mesure des avancées scientifiques. Le processus de sélection est donc sévère et très encadré. Les principales agences spatiales s'appuient pour déterminer leur stratégie d'exploration spatiale sur des documents produits par les principales autorités scientifiques. Pour la NASA c'est le Planetary Science Decadal Survey produit tous les dix ans tandis que l'Agence spatiale européenne a fait réaliser un document similaire pour son programme scientifique Cosmic Vision mis en place en 2004 pour les projets débouchant en 2015-2025. Le CNES français, bien que disposant d'un budget de recherche qui ne lui permet pas de réaliser des engins d'exploration du système solaire de manière autonome, procède de même. Dans ce cadre un appel à idées purement prospectif peut être lancé par l'agence spatiale suivi d'un appel à propositions (AO). Ce dernier débouche normalement sur la sélection puis le développement d'une mission. Il est lancé dans un cadre budgétaire préétabli. À la NASA cette ligne budgétaire pour un type de mission est disponible périodiquement comme dans le cas des New Frontiers ou Discovery qui permettent de développer respectivement 2 et 4/5 missions par décennie. L'ESA qui ne dispose que d'une fraction du budget de la NASA sélectionne des missions très longtemps avant leur lancement. La date de lancement est souvent repoussée pour faire face aux contraintes budgétaires. Les équipes qui répondent aux appels d'offres comprennent des ingénieurs et des scientifiques. Ils soumettent des propositions détaillant à la fois les objectifs scientifiques, les caractéristiques techniques et les aspects financiers. Le choix est effectué par des comités scientifiques qui tiennent compte de la stratégie scientifique à long terme fixée par les documents produits par les autorités académiques au début de ce processus.

Les sondes spatiales peuvent être conçues pour effectuer un simple survol de l'objet céleste à étudier. Dans les cas les plus simples ces sondes doivent seulement être placées sur une trajectoire précise au départ de la Terre pour réaliser leurs missions au prix de quelques petites corrections au cours du transit. Les premières sondes interplanétaires comme Mariner 4 étaient de ce type. Les objectifs qui peuvent être atteints par ce type de mission sont toutefois limités : le temps d'observation est très bref car la sonde effectue son survol à une vitesse de plusieurs km/s, souvent seule une face du corps céleste est visible au moment du survol et les conditions d'éclairage ne sont pas optimales. Cette méthode d'observation peut être la seule envisageable pour les objets célestes les plus lointains (survol de Pluton par New Horizons)[N 1]. Elle est également employée pour des missions sophistiquées de reconnaissance dont l'objectif est d'enchaîner l'étude de plusieurs planètes ou lunes (sondes Voyager). Enfin ce peut être le seul moyen d'étudier les objets mineurs - comètes et astéroïdes - dont la vitesse relative est trop importante pour permettre une mise en orbite (mission Stardust)[3].

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  La sonde Vega.
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  Maquette des sondes Voyager.
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  La sonde New Horizons.

Un orbiteur est une sonde spatiale qui, après avoir transité jusqu'à son objectif, se met en orbite autour du corps céleste à étudier. Il s'agit de la deuxième grande catégorie des sondes spatiales avec celles effectuant un survol. Pour pouvoir se mettre en orbite, la sonde spatiale doit réduire fortement sa vitesse à son arrivée à proximité de son objectif. Les ergols utilisés pour cette opération de freinage peuvent représenter une fraction importante de la masse totale de l'engin (typiquement environ 50 % pour Mars). L'orbiteur permet d'effectuer des observations régulières de la quasi-totalité de la surface du corps céleste durant plusieurs années. L'orbiteur est l'étape qui suit logiquement l'envoi d'une sonde effectuant un simple survol. L'orbite de la sonde spatiale est choisie en fonction des objectifs poursuivis mais également de contraintes de masse. Les missions ayant un budget contraint comme Mars Express choisiront une orbite elliptique moins efficace mais moins coûteuse en ergols qu'une orbite basse circulaire retenue pour la majorité des orbiteurs martiens de la NASA[3].

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  La sonde jovienne Galileo.
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  La sonde Cassini-Huygens.
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  La sonde Juno.

Une sonde atmosphérique est une sonde spatiale qui traverse l'atmosphère d'une planète pour l'étudier. Sa mission est relativement brève puisqu'elle dure généralement le temps de sa descente (non propulsée) jusqu'au sol. Durant cette phase, elle n'a besoin que d'une quantité d'énergie limitée et elle tire donc celle-ci de batteries. La sonde atmosphérique est généralement transportée jusqu'à la planète explorée par un vaisseau mère. La planète Vénus a été en particulier étudiée par cette méthode avec la série des sondes soviétiques du programme Venera. D'autres sondes atmosphériques remarquables sont Huygens qui a étudié l'atmosphère de Titan, la sonde atmosphérique de Galileo qui a plongé dans les couches supérieures de la planète géante gazeuse Jupiter. L'atmosphère très épaisse de Vénus a permis la mise en œuvre des ballons du programme Vega soviétique qui ont pu transmettre des données durant plusieurs dizaines d'heures[3].

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  La sonde atmosphérique de Galileo.
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  Les sondes atmosphériques de Pioneer Venus.
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  La sonde Huygens.

Un atterrisseur est un type d'engin spatial conçu pour survivre à l'atterrissage sur le sol d'une planète ou d'une lune et collecter ensuite à l'aide de ses instruments scientifiques des données sur la surface qui sont transmises vers la Terre directement ou indirectement (via un autre engin spatial en orbite). La Lune et la planète Mars ont été en particulier explorées par des engins spatiaux de ce type avec par exemple les sondes du programme Surveyor les deux sondes du programme Viking ou l'atterrisseur Phoenix. L'atterrissage en douceur est la principale difficulté à laquelle doivent faire face les concepteurs de ce type d'engin. L'utilisation d'un parachute, mis en œuvre par exemple par Huygens sur Titan, nécessite la présence d'une atmosphère suffisamment épaisse et ne convient donc pas sur Mars. D'une masse et d'un coût réduits par rapport aux autres méthodes, le parachute ne permet pas un atterrissage complètement contrôlé. Pour se poser sur les corps célestes dépourvus d'atmosphère il faut avoir recours à des moteurs-fusées qui réduisent progressivement la vitesse de l'engin spatial. Ceux-ci nécessitent toutefois l'emport d'une grande quantité de carburant. Pour Mars, la NASA a développé des techniques particulières d'atterrissage : les coussins gonflables mis en œuvre pour la première fois par Mars Pathfinder et un système très sophistiqué de dépose au sol par un étage faisant office de « grue volante » mis en œuvre en 2012 par la sonde Mars Science Laboratory[3].

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  Surveyor (Lune).
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  Mars 3.
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  Atterrisseur Viking.

Un astromobile ou rover après s'être posé sur le sol d'un corps céleste, se déplace pour réaliser des études in situ en différents points présentant un intérêt scientifique. Il peut emporter de véritables petits laboratoires pour analyser les échantillons recueillis comme Mars Science Laboratory. Son énergie peut être produite par des panneaux solaires ou des RTG (générateur électrique nucléaire). Il est télécommandé si l'éloignement n'est pas trop important (Lune). Cependant la distance est trop grande pour les rovers martiens, impliquant des délais de communication importants. Ceux-ci disposent donc d'une certaine autonomie pour leurs déplacements qui repose sur des programmes d'analyse du terrain. Les déplacements sur une journée ne dépassent toutefois pas une centaine de mètres[3]. La Lune et Mars sont à l'heure actuelle les deux seuls corps où des rovers ont été envoyés.

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  Le rover lunaire soviétique Lunokhod.
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  Le rover MER Spirit.
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  Le rover Curiosity.

Un aérobot (contraction d'aéronef-robot) est une sonde planétaire de type aéronef. Souvent de type aérostat, ils peuvent aussi être de type aérodyne ou aérogire comme les futures sondes spatiales de type nouveau : "Dragonfly" et "Mars Helicopter Scout". En termes techniques, c'est un véhicule robotique aéronautique d'exploration planétaire, ou bien un aéronef autonome d'exploration planétaire.

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  Un technicien sur un modèle aérogire durant la phase de test dans une chambre à vide au JPL, dans le cadre du projet de vol du mini-hélicoptère Ingenuity (a volé sur mars le 19 avril 21).
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  Montgolfière transportant des instruments étudiant l'atmosphère de Titan proposée dans le cadre du projet Titan Saturn System Mission.
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  ARES, projet de planeur volant dans l'atmosphère de Mars étudié dans le cadre du programme Mars Scout (vue d'artiste).

Une mission de retour d'échantillon a pour objectif de ramener sur Terre à des fins d'analyses des échantillons d'un autre corps céleste — planète, comète, astéroïde — ou des particules interplanétaires ou interstellaires. Comparé à une étude réalisée sur place par les instruments d'un robot comme le rover martien Curiosity, le retour d'un échantillon de sol sur Terre permet d'effectuer des analyses avec une précision beaucoup plus importante, de manipuler l'échantillon et de modifier les conditions expérimentales au fur et à mesure des progrès de la technologie et de la connaissance. Ce type de mission comporte des difficultés importantes : il faut selon la cible capturer des particules circulant à plusieurs km/s, réaliser un atterrissage automatique sur un corps pratiquement dépourvu de gravité ou au contraire pouvoir atterrir et redécoller depuis un puits de gravité important, et dans tous les cas effectuer une rentrée dans l'atmosphère terrestre à grande vitesse et avec une grande précision. Le retour sur Terre d'échantillons de sol martien qui constitue en 2016 l'un des objectifs les plus importants pour l'étude du système solaire, n'a toujours pas été concrétisé pour des raisons à la fois financière et technologique.

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  Maquette de l'atterrisseur lunaire Luna 16 avec son système de collecte et au sommet la fusée/capsule chargée du retour sur Terre.
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  Collecteur de particules de vent solaire de Genesis
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  Collecteur de grains de poussière de la queue de comète constitué de blocs d'aérogel embarqués sur Stardust.

Un pénétrateur est un petit engin spatial conçu pour pénétrer dans le sol d'un corps céleste (planète, lune, astéroïde ou comète) à grande vitesse en subissant une décélération de plusieurs centaines de g. Les informations recueillies par les instruments scientifiques embarqués sont de manière classique transmises par un petit émetteur au vaisseau mère en orbite qui le retransmet à son tour vers les stations sur Terre. Le concept du pénétrateur permet d'éviter l'emport de parachutes et de fusées nécessaires à un atterrissage en douceur et d'alléger ainsi de manière importante la masse de l'atterrisseur. Mais celui-ci doit pouvoir résister à l'impact ce qui crée en retour de nombreuses contraintes sur sa masse, sa structure et la conception de sa charge utile. Plusieurs projets de pénétrateurs n'ont pas dépassé la phase d'étude et, en 2013, seules deux missions ont mis en œuvre des pénétrateurs sans résultats du fait de la perte des vaisseaux mères : deux pénétrateurs Deep Space 2 étaient embarqués à bord de Mars Polar Lander et deux autres à bord de Mars 96[3].

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  Pénétrateur Deep Space 2.
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  Pénétrateur Mars 96.

Un satellite de télécommunications est chargé de relayer les communications entre la surface d'un corps céleste où se trouve un atterrisseur ou un rover et la Terre. Ces engins ont jusqu'à présent toujours été des orbiteurs ayant par ailleurs leurs propres objectifs scientifiques tels que 2001 Mars Odyssey ou Mars Reconnaissance Orbiter. Certaines sondes spatiales relèvent de plusieurs catégories comme les sondes Viking qui comportent à la fois un atterrisseur et un orbiteur[3].

Un démonstrateur technologique est un engin spatial dont l'objectif est de valider une nouvelle technique. Par exemple Deep Space 1 dont l'objectif principal était de valider l'utilisation de la propulsion ionique pour les missions interplanétaires.

Un des deux ensembles de panneaux solaires fournissant l'énergie de la sonde spatiale Juno.

Les panneaux solaires sont formés d'un ensemble de cellules photovoltaïques qui chacune transforme l'énergie solaire par effet photoélectrique en courant électrique continu. Chaque cellule solaire est constituée d'un matériau semi-conducteur connecté avec des liaisons électriques. Plusieurs types de matériaux peuvent être utilisés tels que le silicium ou le GaAs plus efficace mais plus coûteux. Les cellules les plus performantes sont constituées de plusieurs couches très minces de matériaux semi-conducteurs, capables chacune de convertir une large partie du spectre de l'énergie solaire, qui permettent d'atteindre, combinés avec d'autres dispositifs, un rendement de 47 % (47 % de l'énergie du Soleil est transformé en courant électrique). Le rendement des cellules solaires des premiers satellites des années 1960 était de 6 %. En connectant les cellules solaires en série (le pôle positif d'une cellule est connecté au pôle négatif d'une autre cellule) on augmente la tension du courant produit, tandis qu'en les connectant en parallèle (tous les pôles positifs sont connectés ensemble et tous les pôles négatifs sont connectés ensemble) on augmente l'intensité du courant. Le panneau solaire sert de support physique aux cellules solaires, comporte les circuits électriques reliant les cellules entre elles et maintient les cellules dans une plage de température acceptable. Plusieurs panneaux solaires peuvent être reliés entre eux pour former une « aile ». Généralement les panneaux solaires sont articulés et leur orientation peut être modifiée avec un ou deux degrés de liberté. Généralement en modifiant en permanence l'inclinaison des panneaux solaires, on cherche à obtenir selon le cas le maximum d'énergie si on fait en sorte que les rayons solaires frappent à la perpendiculaire le panneau. Mais cette facilité peut être également utilisée pour diminuer l'angle d'incidence des rayons solaires afin de limiter la montée en température ou adapter la production de courant à une demande plus faible (l'énergie électrique produite décroit comme le cosinus de l'angle d'incidence des rayons solaires). Sur une sonde spinnée, les panneaux solaires tapissent le corps de forme cylindrique et la moitié est à l'ombre tandis que la majorité des cellules ne reçoivent pas le Soleil sous un angle optimal[4].

Au niveau de l'orbite terrestre, l'énergie électrique théoriquement disponible est de 1,371 W/m² dont 50 % peut être transformé en énergie électrique avec les cellules solaires les plus avancées. Abondante au niveau des planètes intérieures, la quantité d'énergie disponible est inversement proportionnelle au carré de la distance au Soleil. C'est ainsi qu'une sonde comme Juno envoyée en orbite autour de Jupiter cinq fois plus éloignée du Soleil que la Terre reçoit 25 (5×5) fois moins d'énergie solaire qu'au niveau de la Terre. La NASA a néanmoins choisi d'équiper cette sonde avec des panneaux solaires qui grâce à leur surface (45 m² de cellules solaires) et leur technologie avancée parviennent dans ces conditions à fournir 428 watts (et 15 kW au niveau de l'orbite terrestre). Mais à cette distance du Soleil le recours au RTG est plus fréquent[4].

Les performances des panneaux solaires d'une sonde spatiale se dégradent sous l'action de plusieurs phénomènes. L'énergie reçue par le panneau solaire qui n'est pas convertie en énergie électrique est en partie réfléchie et en partie convertie en chaleur ce qui augmente la température des cellules. Lorsque sa température augmente la cellule solaire produit un courant de plus fort voltage mais l'ampérage diminue ainsi que la puissance produite (W = V × I). Cette diminution de la performance globale est de 1 % par degré Celsius pour les cellules en silicium et de 0,5 % pour les cellules en GaAs. Par ailleurs, quelques centaines d'heures après son déploiement, la performance d'un panneau solaire diminue de 1 % du fait des changements chimiques générés par la lumière. Enfin le facteur qui produit le plus de dommage, est l'action des particules énergétiques produites par le vent solaire ou les tempêtes solaires qui endommagent progressivement la structure cristalline. C'est ainsi que les panneaux solaires de la sonde Magellan, placée en orbite autour de Vénus, ont perdu les deux tiers de leur capacité au cours de leur vie opérationnelle. Cette dégradation progressive est prise en compte dans le dimensionnement des panneaux solaires au moment de la conception de la sonde spatiale[4].

RTG de New Horizons.

Lorsque l'énergie solaire devient trop faible du fait de l'éloignement du Soleil un ou plusieurs générateur thermoélectrique à radioisotope remplace les panneaux solaires pour la production d'électricité. Ce générateur électrique produit de l'électricité à partir de la chaleur dégagée par la désintégration radioactive de matériaux riches en un ou plusieurs radioisotopes, généralement du plutonium 238 sous forme de dioxyde de plutonium ²³⁸PuO₂. La chaleur est convertie en électricité par l'intermédiaire de thermocouples. L'efficacité énergétique est réduite : moins de 10 % de la chaleur produite est convertie en électricité et le reste doit être évacuée par des radiateurs. Pour améliorer ces performances, les recherches actuelles s'orientent vers des convertisseurs thermoïoniques et des générateurs Stirling à radioisotope, qui pourraient multiplier le rendement global par quatre mais imposeraient des pièces mécaniques en mouvement susceptibles de se bloquer avec le temps. Le générateur thermoélectrique à radioisotope est particulièrement bien adapté à la production d'une alimentation électrique stable, sur une longue durée requise pour les instruments embarqués dans les sondes interplanétaires. Ainsi, le générateur embarqué sur la sonde New Horizons est capable de fournir une alimentation électrique stable de 200 W sur plus de 50 ans. Cependant la présence de plutonium 238 dans un engin susceptible d'être victime d'un échec du lanceur, suscite de fortes craintes dans une partie de l'opinion nobrmalgré des dispositifs de protection (blindage) qui se sont révélés en pratique efficaces.

Les sondes spatiales lancées vers Jupiter ou au-delà comme Voyager 1, Cassini ou New Horizons utilisent pour leur alimentation électrique des générateurs thermoélectriques à radioisotope. Toutefois, grâce aux rendements croissants des cellules solaires, les deux dernières sondes spatiales développées pour l'exploration de Jupiter - Juno et JUICE ont recours à des panneaux solaires qui sont toutefois de très grande taille (60 m² pour Juno). Ces générateurs ont été également utilisés sur deux engins lancés vers la surface de Mars - Viking 1 et 2 et le rover Curiosity car ils permettent de s'affranchir du cycle jour/nuit et sont insensibles aux dépôts de poussière. Les générateurs fournissent des puissances modestes : 100 W (45 kg) pour Curiosity, 300 W (~56 kg) pour les sondes spatiales américaines en service au début du XXI^e siècle. Pour répondre à leur besoins électriques certaines sondes embarquent jusqu'à trois générateurs (Cassini, Voyager).

Spectre électromagnétique continu.

Exemple de spectre présentant des raies d'émission.

Exemple de spectre présentant des raies d'absorption.

La majorité des instruments scientifiques embarqués à bord d'une sonde spatiale, en particulier à bord d'un orbiteur, repose sur l'analyse du rayonnement électromagnétique émis par les objets observés. Ces instruments sont par exemple les caméras, spectromètres, et radars. Ils exploitent le fait que la matière dans tous ses états (gaz, solide…) émet des rayonnements qui constituent une signature permettant d'identifier et de quantifier ses composants (molécules ou à défaut type d'atome). En effet l'espace est en permanence traversé par le rayonnement électromagnétique produit par les objets célestes (étoiles, planètes) mais également résultant d'événements passés (explosion d'étoile, Big Bang…). Ce rayonnement est plus ou moins énergétique (des ondes radio les moins énergétiques aux rayons gamma en passant par le rayonnement micro-ondes, infrarouge, la lumière visible, l'ultraviolet et les rayons X) selon le phénomène qui lui a donné naissance. La matière interagit avec ce rayonnement : selon la longueur d'onde du rayonnement incident elle peut absorber ce rayonnement (raies d'absorption) ou elle peut le réémettre avec une intensité plus forte dans d'autres longueurs d'onde (raies d'émission). Le phénomène de la fluorescence dans laquelle un matériau est frappé par un rayonnement non visible et réémet dans le rayonnement visible est le cas le plus vulgarisé[7].

Les instruments sont rangés dans quatre grandes catégories en fonction de la méthode d'observation utilisée[8] :

La télédétection est l'observation d'un objet à distance. Les caméras permettent d'obtenir par cette méthode une image d'un objet lointain et un spectromètre mesure les longueurs d'onde du rayonnement émis par cet objet. L'observation directe ou in situ est la mesure de phénomènes au contact des capteurs de l'instrument : un magnétomètre mesure le champ magnétique au voisinage immédiat de l'instrument et un détecteur de poussières mesure les particules qui viennent frapper directement son capteur.

Les instruments qui effectuent des observations directes comme ceux qui fonctionnent par télédétection sont soit passifs soit actifs.

Un instrument actif utilise de l'énergie pour sonder un objet : c'est par exemple le cas d'un radar qui émet des ondes radio qui sont réfléchies par l'objet étudié, ces ondes étant alors analysées. C'est également le cas du spectromètre à rayons X à particule alpha qui émet des particules de grande énergie à partir d'une source radioactive. Ces dernières viennent frapper l'objet mis à son contact (une roche) et l'instrument analyse les rayons X renvoyés par l'objet.

Un instrument passif se contente d'observer ce qui est déjà là sans fournir d'énergie pour sonder l'objet. C'est le cas d'une caméra sauf si un spot lumineux vient éclairer l'objet (cas de la caméra embarquée sur Huygens).

SAM embarqué sur le rover Curiosity est le spectromètre de masse le plus sophistiqué embarqué jusque-là sur une sonde spatiale.

Certaines molécules, comme l'azote ou l'argon interagissent peu avec le rayonnement électromagnétique. Les molécules lourdes au contraire interagissent de manière complexe avec des émissions réparties sur toute la bande spectrale ce qui rend difficile leur interprétation et l'identification de la molécule d'origine. Le spectromètre de masse est un instrument utilisé pour identifier et quantifier les molécules de ce type. C'est un instrument qui est également bien adapté aux cas où la densité des molécules est faible[9]. Le spectromètre de masse fonctionne au contact de la matière utilisée, ce qui limite son utilisation aux sondes atmosphériques et aux engins qui se posent à la surface des objets célestes étudiés (atterrisseur, rover). Son fonctionnement repose sur la mesure de la masse des molécules. Différentes techniques peuvent être utilisées. Après avoir été ionisé, le matériau à analyser passe dans un détecteur qui peut être un analyseur quadripolaire (analyse de la trajectoire dans un champ magnétique) ou un système de mesure de vitesse, etc.

: document utilisé comme source pour la rédaction de cet article.

Caractéristiques générales

• (en) Graham Swinerd, How spacraft fly : spaceflight without formulae, Springer Praxis, 2008, 272 p. (ISBN 978-0-387-76571-6)
• (en) Michel van Pelt, Space Invaders : how robotics spacecraft explore the solar system, Praxis, 2007, 312 p. (ISBN 978-0-387-33232-1)
• (en) Peter W. Fortescue, John Stark et Graham Swinerd, Spacecraft systems engineering, New York, J. Wiley, 2003, 678 p. (ISBN 978-0-470-85102-9 et 978-0-471-61951-2, OCLC 50479241)
• (en) Michael D Griffin et James R French, Space Vehicle Design 2^e édition, AIAA Education series, 2001, 665 p. (ISBN 978-1-56347-539-9)
• (en) George P Sutton et Oscar Biblarz, Rocket Propulsion Elements 8^e édition, Hoboken, N.J., Wiley, 2010, 768 p. (ISBN 978-0-470-08024-5, lire en ligne)
• (en) Dave Doody, Deep Space Craft : an overview of Interplenetary flight, Springer Praxis, 2009, 440 p. (ISBN 978-3-540-89509-1)
• (en) Andrew J. Ball, James R.C. Garry, Ralph D. Lorenz et Viktor V. Kerzhanovichl, Planetary Landers and entry Probes, Cambridge University Press, 2007 (ISBN 978-0-521-12958-9)
• (en) Miguel R. Aguirre, Introduction to Space Systems : Design and synthesis, Springer Space Technology Library, 2013, 482 p. (ISBN 978-1-4614-3757-4)
• Philippe Couillard, Lanceurs et satellites, Toulouse, Cépaduès, 2005, 246 p. (ISBN 2-85428-662-6)

Technologies

• (en) Strategic Missions and Advanced Concepts Office (JPL), Solar Power Technologies for Future Planetary Science Missions, NASA, 2017, 56 p. (lire en ligne)
• (en) NASA - DOE - DD, Energy Storage Technologies for Future Space Science Missions, NASA, 2017, 136 p. (lire en ligne)
• (en) NASA, Extending Exploration with Advanced Radioisotope Power Systems, NASA, 2005, 129 p. (lire en ligne)
• (en) Jet Propulsion Laboratory, Aerial Platforms for the Scientific Exploration of Venus, NASA, 2005, 25 p. (lire en ligne)

Navigation

• (en) Joseph Guinn, « Deep Space Mission Design and Navigation », NASA, juin 19
• (en) Werner Becker et al., « Autonomous Spacecraft Navigation With Pulsars », Acta Futura 7, vol. 2013,‎ 21 mai 2013, p. 11-28 (DOI 10.2420/AF07.2013.11, lire en ligne) — Principes généraux de la navigation utilisant des pulsars X
• (en) Jet Propulsion Laboratory, An Assessment of Aerocapture and Applications to Future Missions, NASA, 2016, 25 p. (lire en ligne)

Contrôle et planification des missions

• (en) Teck H. Choo, Alice F. Berman, Hari Nair, Lillian Nguyen, Joseph P. Skura et al., « SciBox: An Autonomous Constellation Management System », Johns Hopkins APL Technical Digest, vol. 33, n^o 4,‎ 2017, p. 314-322 (lire en ligne) — Un exemple de logiciel d'ordonnancement et de contrôle de mission SciBox.

Historique des missions

• (en) Asif A Siddiqui, Beyond Earth : a chronicle of deep space exploration, 1958–2018 (SP-2002-4524), NASA, 2018, 393 p. (ISBN 978-1-62683-042-4, lire en ligne)
• (en) Paolo Ulivi et David M Harland, Robotic Exploration of the Solar System Part 1 The Golden Age 1957-1982, Chichester, Springer Praxis, 2007, 534 p. (ISBN 978-0-387-49326-8)
  Description détaillée des missions (contexte, objectifs, description technique, déroulement, résultats) des sondes spatiales lancées entre 1957 et 1982.
• (en) Paolo Ulivi et David M Harland, Robotic Exploration of the Solar System Part 2 Hiatus and Renewal 1983-1996, Chichester, Springer Praxis, 2009, 535 p. (ISBN 978-0-387-78904-0)
  Description détaillée des missions (contexte, objectifs, description technique, déroulement, résultats) des sondes spatiales lancées entre 1983 et 1996.
• (en) Paolo Ulivi et David M Harland, Robotic Exploration of the Solar System Part 3 Wows and Woes 1997-2003, Springer Praxis, 2012, 529 p. (ISBN 978-0-387-09627-8)
  Description détaillée des missions (contexte, objectifs, description technique, déroulement, résultats) des sondes spatiales lancées entre 1997 et 2003.
• (en) Paolo Ulivi et David M. Harland, Robotic exploration of the solar system : Part 4 : the Modern Era 2004-2013, Springer Praxis, 2014, 567 p. (ISBN 978-1-4614-4811-2)
• (en) Roger Wiens, Red Rover, Basic Books, 2013, 256 p. (ISBN 978-0-465-05598-2)
  Historique du projet du rover Curiosity
• (en) Emily Lakdawalla, The Design and Engineering of Curiosity : How the Mars Rover Performs Its Job, Cham/Chichester, Springer, 2018 (ISBN 978-3-319-68144-3)
  Historique et caractéristiques du rover Curiosity
• (en) Rob Manning et William L. Simon, Mars Rover Curiosity : An Inside Account from Curiosity's Chief Engineer, Smithsonian Books, 2014, 240 p. (ISBN 978-1-58834-474-8, lire en ligne)
  Historique du projet du rover Curiosity

• Liste des sondes spatiales
• Exploration de Mars, de la Lune et de Vénus
• Fusée-sonde

• (en) Présentation pédagogique des principaux concepts d'une mission interplanétaire par le centre JPL de la NASA
• (en) Synthèse sur l'utilisation des panneaux solaires pour l'exploration des planètes externes[PDF]
• (en) Synthèse sur les projets de sonde interstellaire (2000)[PDF]
• (en) Etat des lieux : panneaux solaires et batteries (2015)[PDF]