GRAAL

Le Gravity Recovery and Interior Laboratory ( GRAIL ) était une mission scientifique lunaire américaine du programme Discovery de la NASA qui utilisait une cartographie de haute qualité du champ gravitationnel de la Lune pour déterminer sa structure intérieure. Les deux petits engins spatiaux GRAIL A ( Ebb ) et GRAIL B ( Flow ) ont été lancés le 10 septembre 2011 à bord d'un seul lanceur : la configuration la plus puissante d'un Delta II , le 7920H-10. GRAIL A s'est séparé de la fusée environ neuf minutes après le lancement, GRAIL B a suivi environ huit minutes plus tard. Ils sont arrivés sur leurs orbites autour de la Lune à 25 heures d'intervalle. La première sonde est entrée en orbite le 31 décembre 2011 et la seconde a suivi le 1er janvier 2012. Les deux engins spatiaux ont percuté la surface lunaire le 17 décembre 2012.

Maria Zuber, du Massachusetts Institute of Technology, était la chercheuse principale de GRAIL. Le Jet Propulsion Laboratory de la NASA a géré le projet. La NASA a alloué un budget de 496 millions de dollars au programme, qui comprenait le développement des engins spatiaux et des instruments, le lancement, les opérations de mission et le soutien scientifique. Lors du lancement, les engins spatiaux ont été baptisés GRAIL A et GRAIL B et un concours a été ouvert aux écoliers pour choisir des noms. Près de 900 classes de 45 États, de Porto Rico et du District de Columbia ont participé au concours. Les noms gagnants, Ebb et Flow, ont été suggérés par des élèves de 4e année de l'école élémentaire Emily Dickinson à Bozeman, dans le Montana .

Chaque vaisseau spatial transmettait et recevait des données de télémétrie de l'autre vaisseau spatial et des installations terrestres. En mesurant le changement de distance entre les deux vaisseaux spatiaux, le champ de gravité et la structure géologique de la Lune ont été obtenus. Les deux vaisseaux spatiaux ont pu détecter de très petits changements de distance entre eux. Des changements de distance aussi petits qu'un micromètre étaient détectables et mesurables. Le champ gravitationnel de la Lune a été cartographié avec un niveau de détail sans précédent.

• Cartographier la structure de la croûte lunaire et de la lithosphère
• Comprendre l'évolution thermique asymétrique de la Lune
• Déterminer la structure souterraine des bassins d'impact et l'origine des mascons lunaires
• Déterminer l'évolution temporelle de la bréchification crustale et du magmatisme
• Contraindre la structure intérieure profonde de la Lune
• Limiter la taille du noyau interne de la Lune

La phase de collecte de données de la mission a duré du 7 mars 2012 au 29 mai 2012, pour un total de 88 jours. Une deuxième phase de collecte de données, à une altitude plus basse, a débuté le 31 août 2012, et a été suivie de 12 mois d'analyse des données. Le 5 décembre 2012, la NASA a publié une carte de gravité de la Lune réalisée à partir des données de GRAIL. Les connaissances acquises aideront à comprendre l'histoire évolutive des planètes telluriques et les calculs des orbites lunaires.

• Système de télémétrie gravitationnelle lunaire en bande Ka ₍ LGRS), dérivé de l' instrument GRACE ( Gravity Recovery and Climate Experiment ). 90 % du logiciel GRACE a été réutilisé pour GRAIL.
• Balise radioscientifique (RSB)
• Connaissances sur la Lune acquises par les élèves du collège (MoonKAM). Chaque système MoonKAM (un par vaisseau spatial) se compose d'un contrôleur vidéo numérique et de quatre têtes de caméra.

Les propulseurs à bord de chaque vaisseau spatial étaient capables de produire 22 newtons (4,9 lb _f ). Chaque vaisseau spatial était alimenté avec 103,5 kilogrammes (228 lb) d' hydrazine qui devait être utilisée par les propulseurs et le moteur principal pour permettre au vaisseau spatial d'entrer en orbite lunaire et de passer à la phase scientifique de sa mission. Le sous-système de propulsion était composé d'un réservoir de carburant principal et d'un système de re-repressurisation qui ont été activés peu de temps après l'insertion en orbite lunaire.

Toutes les heures sont en EDT ( UTC -4).

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  Les techniciens du vaisseau spatial ferment la coiffe de la charge utile autour de GRAIL avant le lancement.
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  GRAIL attend son lancement à la base aérienne de Cap Canaveral .
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  Le feu et la fumée illuminent un ciel bleu alors qu'une fusée Delta II Heavy de United Launch Alliance propulse GRAIL dans l'espace.

Contrairement aux missions du programme Apollo , qui mettaient trois jours pour atteindre la Lune, GRAIL a utilisé une croisière translunaire à faible énergie de trois à quatre mois bien au-delà de l'orbite de la Lune et passant près du point de Lagrange Soleil-Terre L1 avant de revenir en boucle pour rejoindre la Lune. Cette trajectoire prolongée et sinueuse a permis à la mission de réduire les besoins en carburant, de protéger les instruments et de réduire la vitesse des deux engins spatiaux à l'arrivée lunaire pour aider à atteindre les orbites extrêmement basses de 50 km (31 mi) avec une séparation entre les engins spatiaux (arrivant à 25 heures d'intervalle) de 175 à 225 km (109 à 140 mi). Les tolérances très serrées du plan de vol laissaient peu de place à la correction des erreurs, ce qui a conduit à une fenêtre de lancement d'une durée d'une seconde et à seulement deux possibilités de lancement par jour.

La phase scientifique primaire de GRAIL a duré 88 jours, du 7 mars 2012 au 29 mai 2012. Elle a été suivie d'une deuxième phase scientifique qui s'est déroulée du 8 août 2012 au début décembre 2012.

La technique de cartographie de la gravité était similaire à celle utilisée par Gravity Recovery and Climate Experiment (GRACE), et la conception du vaisseau spatial était basée sur XSS-11 .

Les dates d'insertion orbitale étaient le 31 décembre 2011 (pour GRAIL-A) et le 1er janvier 2012 (pour GRAIL-B). Les orbites lunaires initiales étaient très elliptiques, presque polaires, et ont ensuite été abaissées à presque circulaires à environ 25-86 km d'altitude avec une période d'environ 114 minutes. ( 31/12/2011 ) ( 2012-01-01 )

Les sondes spatiales ont été exploitées pendant une phase d'acquisition de 88 jours, divisée en trois cycles de cartographie de 27,3 jours chacun . Deux fois par jour, elles ont pu observer pendant 8 heures le réseau Deep Space Network pour transmettre les données scientifiques et celles de la « E/PO MoonKam ».

Les premières images MoonKam demandées par les étudiants ont été prises par Ebb du 15 au 17 mars 2012 et transmises sur Terre le 20 mars. Plus de 2 700 écoles réparties dans 52 pays utilisaient les caméras MoonKAM.

La caméra MoonKam de Flow a capturé LRO alors qu'il volait à une distance d'environ 20 km le 3 mai. C'est la première séquence d'un vaisseau spatial robotisé en orbite autour de la Lune prise par un autre.

À la fin de la phase scientifique et d'une prolongation de mission, les engins spatiaux ont été mis hors service et mis hors service sur une période de cinq jours. Le vaisseau spatial a percuté la surface lunaire le 17 décembre 2012. Les deux engins spatiaux ont percuté une montagne lunaire sans nom entre Philolaus et Mouchez à 75°37′N 26°38′O / 75.62°N 26.63°O / 75.62; -26.63 . Ebb , le vaisseau spatial de tête en formation, a percuté en premier. Flow a percuté quelques instants plus tard. Chaque vaisseau spatial se déplaçait à 3 760 miles par heure (1,68 km/s). Une dernière expérience a été menée au cours des derniers jours de la mission. Les moteurs principaux à bord du vaisseau spatial ont été allumés, épuisant le carburant restant. Les données de cet effort seront utilisées par les planificateurs de mission pour valider les modèles informatiques de consommation de carburant afin d'améliorer les prévisions des besoins en carburant pour les missions futures. La NASA a annoncé que le site du crash portera le nom de Sally Ride, collaboratrice de GRAIL et première femme américaine dans l'espace .

La gravité traverse la matière. En plus de la masse de surface, un champ gravitationnel à haute résolution donne une vue floue, mais utile, sous la surface. Les analyses des données de GRAIL ont produit une série de résultats scientifiques pour la Lune.

• La résolution du champ de gravité s'est considérablement améliorée par rapport aux résultats antérieurs à GRAIL. Les premières analyses ont donné la gravitation de la Lune avec des champs de degré et d'ordre 420 et 660. Des analyses ultérieures ont abouti à des champs de degré et d'ordre plus élevés. Des cartes du champ de gravité ont été réalisées.
• La densité et la porosité de la croûte ont été déterminées. La croûte a été fragmentée par de grands impacts anciens.
• Des structures linéaires longues et étroites ont été découvertes et sont interprétées comme étant d'anciennes intrusions tabulaires ou des digues formées par du magma.
• La combinaison des données de gravité et de télémétrie laser lunaire donne les 3 principaux moments d'inertie. Les moments indiquent qu'un noyau dense est petit.
• En combinant la gravité et la topographie lunaire , 74 bassins d'impact circulaires ont été identifiés. Les fortes augmentations de gravité associées aux bassins d'impact circulaires sont des mascons découverts par Muller et Sjogren. Les anomalies de gravité les plus fortes proviennent de bassins remplis de matériaux marins denses, mais la forte gravité nécessite également que la limite entre la croûte et le manteau plus dense soit déformée vers le haut. Lorsque la croûte est plus épaisse, il peut ne pas y avoir de remplissage marin, mais la limite croûte-manteau est toujours déformée vers le haut.
• Le rayon, la densité et la rigidité des couches intérieures sont déduits.
• Le bassin Orientale est le bassin d'impact le plus jeune et le mieux préservé de la Lune. Le champ de gravité de ce bassin à 3 anneaux a été cartographié à haute résolution.