Comet encountercoming soon

CENTRE NATIONAL D’ÉTUDES SPATIALES

ROSETTACOMÈTE EN VUE

SPECIALROSETTA01/2014

CNESmag

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RosettaRendezvous with the history of the solar systemJust as the Rosetta stone enabled Champollion to decipher the language ofancient Egypt, so the Rosetta space mission aims to probe the history of oursolar system by analysing one of its oldest remnants—a comet. While thisbrush with a comet promises to be as dangerous as approaching the Sphinx,the French scientific community, helped by CNES, will be playing its full part inunravelling the mysteries of how the solar system formed.

Tout comme la pierre de Rosette permit à Champollionde déchiffrer le langage de l’Égypte antique, la missionRosetta a pour ambition de nous révéler l’histoire du Systèmesolaire en analysant un de ses plus anciens vestiges, unecomète. Même si flirter ainsi avec une comète s’annonce aussipérilleux que d’approcher le Sphinx, la communauté scientifiquefrançaise prendra, avec l’aide du CNES, toute sa part à la résolutionde l’énigme de la formation du Système solaire.

RENDEZ-VOUSAVEC L’HISTOIREDU SYSTÈMESOLAIRE

Rosetta

Dossier réalisé par / Special report by BRIGITTE THOMAS, CNESet rédigé par/ written by DIDIER JAMET

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ROSETTARendez-vous avec l'histoire du Système solaire.Rendezvous with the history of the solar system. www.cnes.fr/rosetta

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CNESmag journal trimestriel de communication externe du Centre national d’études spatiales. 2 place Maurice-Quentin. 75039 Paris Cedex 01. Adresse postale pour abonnement : 18 avenue Édouard-Belin. 31401 Toulouse Cedex 9.Tél. : + 33 (0) 5 61 28 33 90. Internet : http://www.cnes.fr Cette revue est membre de l’Union des journaux et journa-listes d’entreprises de France. This review is a member of the French union of corporate publications and journalists. Abonnement/ Subscriptions: cnesmag@cnes.frDirecteur de la publication/Publication director: Jean-Yves Le Gall. Responsables éditoriaux/Editorial directors:PierreTréfouret, Joëlle Brami. Rédactrice en chef/Editor-in-chief: Brigitte Thomas. Traduction/English text:Boyd Vincent.Conseil iconographique/Artwork and picture consultant: Serge Delmas. Photothèque/Photos:Marie-Claire Fontebasso. Crédits photos/Photo credits: © Jacky Huart (p. 2-3), CNES/H. Piraud (p. 4), ESO (p. 5), CNES/EKIS France GroupeAKKA Technologies (p. 6), CNES/D. Ducros (p. 7), CNES/ESA/Arianespace/CSG Service Optique (p. 8),CNES/E. Grimault (p. 9), CNES/J. L. Auriol (p. 10), CNES/D. Ducros (p. 11), CNES/M. Regy (p. 12), CNES/E. Grimault(p. 13), CNES/EKIS France Groupe AKKA Technologies (p. 14-15). Photothèque Tél. : + 33 (0) 5 61 47 48 78.Création/Réalisation maquette/Design and pre-press: TONGA/Véronique Nouailhetas. Impression/Printing: Ménard: ISSN1283-9817. Couverture/Cover: ©CNES/EKIS France Groupe AKKA Technologies

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Le 10 septembre 20141 s’annonce déjà comme une date historique. C’est en effet ce jour-là que, après dix ans de croisière interplanétaire, Rosetta doits’approcher à 30 km d’une comète afin de l’escorter et l’étudier en détail pendant plusd’un an. Une grande première mondiale qui place l’Europe et la France aux avant-postesde l’exploration du Système solaire.

Partie du port spatial de l’Europe, en Guyane,le 2mars 2004, au sommet d’une Ariane 5 G+,la mission Rosetta est la digne héritière deson illustre devancière, Giotto. En 1986,cette sonde européenne développée en

quelques années avait croisé et photographié la comètede Halley à moins de 600 km de distance. Six ans et deuxpériodes d’hibernation plus tard (une première à l’époque),elle était passée encore plus près, à 200 km, d’une autrecomète, Grigg-Skjellerup.Encouragée par ce remarquable succès, l’Agence spatialeeuropéenne envisagea très rapidement de lui donner unesuite encore plus ambitieuse, avec une mission de retourd’échantillons prélevés directement sur un noyau comé-taire. Mais les défis techniques liés à la préservation deces échantillons de glace cométaire à très basse tempéra-ture eurent rapidement raison du projet. Cependant,accompagner une comète dans sa course autour du Soleilet y poser un atterrisseur afin de réaliser sur place des ana-

lyses demeurait tout à fait à la portée technique de l’Europespatiale. C’est ainsi qu’en novembre 1993 la missionRosetta,nommée d’après la fameuse pierre de Rosette qui permità Champollion de déchiffrer les hiéroglyphes égyptiens,fut approuvée par le comité des programmes scientifiquesde l’Agence spatiale européenne.

Comète de rechangeLe développement de la mission se déroula sans anicrochejusqu’en décembre 2002, où, un peu plus d’un mois avantl’ouverture de la fenêtre de tir pour atteindre la comètevisée, Wirtanen, l’échec du premier vol de la version lourded’Ariane 5 remit tout en question. Le temps que la com-mission d’enquête garantisse que la version génériqued’Ariane 5 était indemne de tout reproche, la fenêtre detir pour Wirtanen s’était définitivement refermée. Il fallutalors faire contre mauvaise fortune bon cœur et trouverune nouvelle cible pour Rosetta. Compte tenu des diffé-rentes contraintes techniques, et après de nombreuses ana-lyses de mission menées en particulier par le CNES pourla phase de séparation, descente et atterrissage, interro-geant la possibilité de se poser sur la comète envisagée, lechoix se porta finalement sur Churyumov-Gerasimenko.De fait, l’essentiel pour Rosetta est bien d’étudier unecomète, quelle qu’elle soit. Comme l’explique FrancisRocard, responsable du programme d’exploration duSystème solaire au CNES, « les comètes sont les corps lesplus primitifs du Système solaire. Formées de composés volatilscomme la glace d’eau, on sait par définition qu’elles n’ontjamais chauffé et que les matériaux dont elles sont constituéesn’ont que très peu évolué, contrairement aux gros astéroïdes,qui, eux, sont nettement différenciés ». Les comètes ont doncgardé la trace des élémentss d’origine, gaz et poussières, àpartir desquels notre Système solaire s’est assemblé, et for-ment les premières pièces à partir desquelles l’ensemble dupuzzle peut être reconstitué.

ROSETTA

LA MISSION QUI ENCHAÎNELES PREMIÈRES

1 C’est la date officielledu planning à + ou – 10 jours suivant le bondéroulé des opérationsprécédentes.

Françis Rocard ,responsable du programme d’explo-ration du Système solaire au CNES.head of CNES’s solar system exploration programme.“

« UN DES PRINCIPAUXOBJECTIFS DE ROSETTAEST D’IDENTIFIER LA NATURE EXACTE DUMATÉRIAU CARBONÉDÉTECTÉ PAR GIOTTO,AFIN DE DÉTERMINER S’IL A PU JOUER UNRÔLE DANS LA CHIMIEQUI A PRÉCÉDÉ CELLEDU VIVANT SUR TERRE. »

“One of the main aims ofRosetta is to identify theexact nature of the carbonmaterial detected by Giotto,to determine if it could haveplayed a role prior to thechemistry that led to theemergence of life on Earth”

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ROSETTALa mission quienchaîne les premières. A succession of firsts.

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Autre intérêt des comètes mis en évidence par la missionGiotto, c’est la présence à leur surface de nombreux com-posés organiques (comprenant du carbone), ce qui nelaisse pas les scientifiques indifférents lorsqu’on sait le rôleincontournable du carbone dans la chimie du vivant. « Undes principaux objectifs de Rosetta est d’identifier la natureexacte du matériau carboné détecté par Giotto, afin de déter-miner s’il a pu jouer un rôle dans la chimie qui a précédé celledu vivant sur Terre », poursuit Francis Rocard.

Se poser sur une comèteC’est là que Philae, l’atterrisseur de la mission, va jouer,avec ses 10 instruments scientifiques, un rôle déterminantà partir de novembre 2014 en tentant une autre grandepremière: se poser sur le noyau cométaire! Le but de cedéfi jamais relevé jusqu’à présent est d’analyser directe-ment sur place, à la surface de la comète, les composés

remarkable success, the European SpaceAgency (ESA) quickly laid plans for aneven more ambitious mission to retrieveand return samples from a comet’s core.But the technical challenge of preservingthe icy samples at a very lowtemperature proved too difficult and theproject was abandoned. However,spacefaring Europe still had the capabilityto follow a comet around the Sun and puta lander on its surface to conduct in-situanalyses. And so it was that in November1993 the Rosetta mission—named afterthe famous Rosetta stone with whichChampollion deciphered Egyptianhieroglyphics—was approved by ESA’sScience Programme Committee.

New destinationDevelopment of the mission proceededwithout a hitch until December 2002when, a little over a month before thestart of the launch window to reachWirtanen, the target comet, the failure ofthe first flight of the Ariane 5 heavy-liftlauncher brought everything grinding to ahalt. By the time the inquiry board wasable to absolve the generic variant of

10 September 20141 is set to godown in history as the day thatRosetta, after a 10-yearinterplanetary journey, reaches acomet and proceeds to probe it upclose from a distance of just 30kilometres for more than a year.This world first puts Europe andFrance in the vanguard of solarsystem exploration.

Sent aloft from Europe’s spaceport inFrench Guiana by an Ariane 5 G+ on 2March 2004, the Rosetta mission is theworthy successor to Giotto, its illustriouspredecessor. In 1986, the EuropeanGiotto spacecraft developed in only a fewyears encountered and took pictures ofcomet Halley from a distance of less than600 kilometres. Six years and twohibernation periods later—a first at thattime—it came even closer to anothercomet, Grigg-Skjellerup, passing withinjust 200 kilometres. On the back of this

A succession of firstsROSETTA

��Observée en soirée le 17 janvier 2007 dans l'hémisphère Sud, la comèteMcNaught est l'une des comètes les plus brillantes de ces dernièresdécennies. Seen here on the evening of 17 January 2007 in the southern hemisphere,Comet McNaught is one of the brightest comets in recent decades.

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L’ODYSSÉEDE ROSETTA

Partie de la Terre en mars 2004, Rosetta est revenue trois foisà proximité de notre planète, en mars 2005, novembre 2007et novembre 2009, afin d’acquérir au passage, par effet de

fronde gravitationnelle, les suppléments de vitesse et les inflexionsde trajectoire nécessaires pour être à l’heure à son rendez-vous avecla comète Churyumov-Gerasimenko. La planète Mars a égalementété mise à contribution en février 2007, permettant de vérifier aupassage le bon fonctionnement des caméras de Philae. Au total,ces différentes manœuvres d’assistance gravitationnelle auront per-mis à Rosetta de gagner près de 10 km/s sur sa vitesse initiale etd’être ainsi en mesure de rattraper la comète en août 2014. En che-min, Rosetta a également rendu visite à l’astéroïde Steins, le 5 sep-tembre 2008, et à l’astéroïde Lutetia, le 10 juillet 2010. Rosettaprendra plus de 400 photos très spectaculaires de ce survol, avecune résolution maximale de 60 m par pixel. La plupart des instru-ments scientifiques étaient également actifs à cette occasion et sesont parfaitement comportés. Poursuivant sur sa lancée et s’éloi-gnant du Soleil au point que même ses immenses panneaux solairesde 32 m de long n’étaient plus en mesure d’alimenter tous les sys-tèmes de la sonde, Rosetta a été placée en hibernation le 8 juin2011, pour se réveiller, grâce à son horloge interne, le 20 janvier 2014.

Rosetta’s odysseySent aloft in March 2004, Rosetta has sincecompleted three close flybys of Earth, inMarch 2005, November 2007 and November2009, to gain the ‘slingshot’ gravity boostsand make the trajectory adjustments neededto reach comet Churyumov-Gerasimenko. Anadditional flyby assist from Mars in February2007 also gave teams the chance to checkout the Philae lander’s cameras. Together,these gravity assists have increasedRosetta’s speed by about 10 kilometres persecond to catch up with the comet in August2014. On the way, Rosetta has alsoencountered asteroid Steins on 5 September2008 and asteroid Lutetia on 10 July 2010,taking more than 400 spectacular photos ata maximum pixel resolution of 60 metres.Most of the scientific instruments were alsoturned on for the encounter and performedwithout a hitch. Reaching the point in itsjourney away from the Sun where even thehuge 32-metre-long solar arrays were nolonger able to power all of its systems,Rosetta was put into hibernation on 8 June2011 and will be woken by its internal clockon 20 January 2014.

“

Comets were formedby the accretion of gasand dust in the disk ofthe primitive solarnebula, far enoughaway for molecules tocondense at coldertemperatures. Theyspend most of theirlives a long way fromthe Sun and havehardly changed at allsince they were born.This is why they areconsidered a remnantrecord of the planet-building process in thesolar system.

LES COMÈTES SESONT FORMÉESPAR ACCRÉTION DEGAZ ET DE POUS-SIÈRE DANS LE DISQUE DE LA NÉBULEUSESOLAIRE PRIMITIVE,À DES DISTANCESTELLES QUE LA TEMPÉRATURESOIT ASSEZ BASSEPOUR PERMETTRE LA CONDENSATIONDE MOLÉCULES.PASSANT LE PLUSCLAIR DE LEURTEMPS À TRÈSGRANDE DISTANCEDU SOLEIL, ELLESN’ONT GUÈRE SUBIDE MODIFICATIONMAJEURE DEPUISLEUR FORMATION.C’EST POURQUOIELLES SONT CONSI-DÉRÉES COMME LES ARCHIVES DUSYSTÈME SOLAIRE.

”

��La sonde Rosetta estpassée à 800 kilomètresde l'astéroïde 2867,Steins, le vendredi 5 septembre 2008. The Rosetta spacecraftcame within 800kilometres of asteroid2867, Steins, on Friday 5September 2008.

��Le samedi 10 juillet 2010, Rosetta a survolé pour la deuxièmefois un astéroïde, cette fois d’un diamètre de 100 km, Lutetia.Saturday 10 July 2010, Rosetta encountered a second asteroid,Lutetia, this time 100 kilometres across.

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L'odyssée de Rosetta. Rosetta’s odyssey.

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organiques les plus complexes avant qu’ils ne s’échappentdans les jets de gaz et soient détruits par le rayonnementultraviolet du Soleil. Pour Philae, l’essentiel se jouera débutnovembre 2014 dans les deux jours et demi qui suivrontsa séparation d’avec Rosetta. Cette période relativementbrève correspond à la durée pendant laquelle il pourracompter sur l’énergie contenue dans sa pile afin de réaliserla première séquence scientifique de sa mission. Un com-plexe ballet d’opérations simultanées réglé et supervisédepuis le SONC, le centre de contrôle des opérationsscientifiques de Philae, installé au cœur du Centre spatialtoulousain du CNES (cf. article p. 12). Cette première phasesera suivie, une fois la pile épuisée, par une phase scienti-fique de long terme, qui ne pourra plus compter que surl’énergie délivrée par la batterie rechargée par les panneauxsolaires dont est revêtu Philae.De son côté, l’orbiteur Rosetta, vaisseau amiral de la mis-sion avec ses 11 instruments scientifiques, poursuivra sonétude de la comète à distance au moins jusqu’en décem-bre 2015. « L’intérêt de rester longtemps à proximité de lacomète, c’est de pouvoir étudier l’émergence de son activité etson évolution au fur et à mesure qu’elle se rapproche puiss’éloigne à nouveau du Soleil », précise Francis Rocard. Desconditions idéales pour mesurer l’évolution du ratiogaz/poussières, ainsi que les détails du processus selonlequel les différents composés volatils s’échappent dunoyau. De quoi lever à coup sûr une bonne part du mys-tère qui entoure encore ces visiteuses chevelues au com-portement parfois excentrique, mais qui sont notre meil-leure chance de comprendre un jour les conditions danslesquelles s’est formé le Système solaire. �

Ariane 5 of blame, the launch window forWirtanen had passed, leaving the missionteam no alternative but to find a newtarget for Rosetta. The technical constraintsand numerous mission analyses in particularby CNES to validate the separation,descent and landing phase led to thechoice of comet Churyumov-Gerasimenko.Rosetta’s mission is to closely study acomet, no matter which. Francis Rocard,head of CNES’s solar system explorationprogramme, explains: “Comets are themost primitive objects in the solarsystem. They are formed of volatilecomponents like water ice, so we knowby definition that they have neverwarmed and those components haveevolved little over time, unlike largeasteroids which are clearly differentiated.”This means comets have retained a traceof primeval gases and dust, the firstpieces of the cosmic puzzle from whichour solar system formed. Another interesting feature of cometsrevealed by the Giotto mission is thepresence of many organic components attheir surface, a fact that has attracted a lotof attention from scientists given thecentral role of carbon in the chemistry oflife as we know it. “One of the main aimsof Rosetta is to identify the exact natureof the carbon material detected by Giotto,to determine if it could have played a roleprior to the chemistry that led to theemergence of life on Earth,” notes Francis Rocard.

Comet landingThis is where the Philae lander and its 10scientific instruments come in. Starting inNovember 2014, it will attempt another

��Les instruments de la sonde Rosetta

Alice : Spectro-imageur ultraviolet (participation française sur lesmiroirs et réseaux/Latmos) • Consert : Instrument de sondage du

noyau (responsabilité française globale et participation sur les boîtiersélectroniques/IPAG, Latmos) • Cosima: Spectro-analyseur de grainsde poussière (participation française sur l’optique ionique primaire et

le microscope optique/LPC2E, IAS) • Giada: Instrument de mesuredes grains de poussière • Midas: Instrument de mesure des parti-

cules • Osiris : Caméras optiques (responsabilité française de lacaméra haute résolution/LAM) • Rosina: Spectromètre des gaz neu-tres et ionisés (participation française au détecteur du spectromètreet à l’électronique de gestion/LPP, IRAP) • RPC MIP: Analyseurs de

plasma (responsabilité française du capteur à impédancemutuelle/LPC2E) • Miro : Radiomètre spectromètre, oscillateur ultra-

sensible/LERMA) • Virtis : Spectro-imageur visible et infrarouge (res-ponsabilité française de la voie infrarouge à haute résolution et de

la calibration instrumentale/Lesia, IAS).Rosetta orbiter instruments

ALICE: Ultraviolet imaging spectrometer (French contribution to mirrors andgratings/LATMOS) - CONSERT: Comet Nucleus Sounding Experiment by Radio

wave Transmission (French principal investigator and contribution to electronicunits/IPAG, LATMOS) - COSIMA: Cometary Secondary Ion Mass Analyser (French

contribution to primary ion gun optics and optical microscope/LPC2E, IAS) –GIADA: Grain Impact Analyser and Dust Accumulator - MIDAS: Micro-Imaging Dust

Analysis System - OSIRIS: Optical, Spectroscopic and Infrared Remote ImagingSystem (France responsible for high-resolution camera/LAM) - ROSINA: Rosetta

Orbiter Spectrometer for Ion and Neutral Analysis (French contribution tospectrometer detector and control electronics/LPP, IRAP) - RPC MIP: Rosetta

Plasma Consortium - Mutual Impedance Probe (plasma analysis) (Franceresponsible for mutual impedance probe/LPC2E) - MIRO: Microwave Instrument

for the Rosetta Orbiter (ultrastable oscillator, LERMA) - VIRTIS: Visible and InfraredThermal Imaging Spectrometer (France responsible for high-resolution infrared

channel and instrument/LESIA, IAS).

first by landing on the comet’s nucleus.The aim is to analyse the most complexorganic components on the surface beforethey are outgassed and destroyed by theSun’s ultraviolet rays.The crunch for Philae comes in the twoand a half days following its separationfrom Rosetta, a relatively short periodduring which it will run on primary batterypower to conduct the first sciencesequence of the mission. This phaseinvolves a complex choreography ofsimultaneous operations commanded andmonitored from the Science Operationsand Navigation Centre (SONC) based atCNES’s Toulouse Space Centre (see articlep. 12). Once the primary battery’s powerhas been drained, a long-term sciencephase will begin, relying only on thesecondary battery recharged by Philae’ssolar panels. Meanwhile, the 11 scientificinstruments on the mission’s flagshipRosetta orbiter will study the cometremotely until at least December 2015.“Staying close to the comet for this longgives us the opportunity to study it as itbecomes active and see what happens asit approaches and then moves away fromthe Sun,” says Francis Rocard. Conditionswill be ideal for measuring variations in thegas/dust ratio and probing the process thatdrives outgassing of volatile componentsfrom the core, thereby unlocking some ofthe mystery surrounding these sometimesstrange cosmic visitors that are our bestchance of one day understanding how thesolar system formed. �

1 The official date in the mission schedule, plus orminus 10 days depending on how operationspreceding the encounter go.

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Impliquée dans le projet dès les premières études pré-paratoires à ce qui allait devenir la mission Rosetta, laFrance a manifesté très tôt son souhait de répartiréquitablement sa participation entre l’orbiteur et l’at-terrisseur. C’est ainsi que, sur les onze instruments

scientifiques de l’orbiteur, huit font l’objet d’une participa-tion française. « Un de ces instruments, Consert, présent à lafois sur l’orbiteur et l’atterrisseur pour sonder la structure internedu noyau cométaire par radio, voit même sa responsabilitéscientifique principale assurée par Wlodek Kofman, de

l’Institut de planétologie et d’astrophysique de Grenoble », seréjouit Philippe Gaudon, chef de projet CNES pour la par-ticipation française à Rosetta. Concernant l’atterrisseurPhilae, outre bien sûr la responsabilité très importante desopérations du SONC, le centre de mission scientifique, leCNES a fourni la pile grâce à laquelle toutes les expériencescruciales pourront être menées pendant la première phased’opérations scientifiques, ainsi que les batteries qui serontmises à contribution pendant la phase scientifique delongue durée. Il en est de même pour les sous-systèmes de

Mission internationale menée sous la responsabilité de l’Agence spatialeeuropéenne, Rosetta bénéficie d’une forte participation française. Depuis les études préliminairesjusqu’aux opérations en passant par la fourniture d’instruments et de composants, tant del’orbiteur que de l’atterrisseur, le CNES tient toute sa place d’expert du spatial auprès nonseulement des scientifiques et industriels français, mais aussi de ses partenaires internationaux.

PARTICIPATION FRANÇAISE

LE CNES SUR TOUS LES FRONTS

��Intégration de la sonde Rosettaet de l'atterrisseurPhilae au Centrespatial guyanais,avant leur lance-ment par le lanceurAriane 5 le 2 mars2004 (vol 158).The Rosetta orbiterand Philae landerare integrated atthe Guiana SpaceCentre before theirlaunch by Ariane 5on 2 March 2004(flight 158).

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télécommunication entre l’orbiteur et l’atterrisseur, un élé-ment essentiel à la réussite de la mission (cf. article p. 12).

Une organisation complexeSi le CNES a participé indirectement au financement dela plateforme satellite par le biais de sa contribution aubudget de l’ESA, les instruments scientifiques ont enrevanche fait l’objet d’un mode de financement national.« Ils ont été développés sous la forme de coopérations bi- oumultilatérales entre les États, avec un financement direct parces derniers », confirme Philippe Gaudon.Si les instruments sont dirigés par un « investigateur prin-cipal » (PI dans le jargon scientifique spatial), Philae est,lui, géré dans le cadre d’un consortium d’instituts etd’agences spatiales dont la direction est assurée par leDLR, l’agence spatiale allemande. En tant que représen-tant de l’État ayant fourni la deuxième contribution la plusimportante derrière l’Allemagne, le CNES en est coges-tionnaire. Au final, même si Philae voit deux scientifiquesfrançais assurer la responsabilité principale de deux de sesdix instruments1, il y a au total moins de participationsscientifiques françaises sur l’atterrisseur que sur l’orbiteur.En revanche, la participation technique française sur laplateforme de Philae est plus importante, satisfaisant ainsila volonté de parfait équilibre de l’investissement françaisentre les deux composantes de la mission. �

TÉLÉCOM

Philae téléphone maison

Ce sont peut-être des découvertes extraordinaires qui attendent Philae sur le noyau de la comète.Mais, si jamais la liaison radio entre l’atterrisseur et l’orbiteur ne fonctionne pas, nous n’en sauronsjamais rien. Voilà qui résume assez bien la responsabilité dont a été investi le service

Instrumentation, télémesure et propagation du CNES, dont quatre membres, Éric Peragin, ClémentDudal, Céline Loisel et Emmanuel Robert, ont activement travaillé sur la question, en collaboration avecAnthony Bellion, Lise Feat et Daniel Belot du service Antenne. « Nous avons fait la spécification dusous-système de télécommunication pour le compte des agences spatiales qui collaborent sur Philae,à savoir le DLR, le CNES et le KFKI, l’agence hongroise responsable de l’électronique de vol. Nousavons fourni au DLR, qui a la responsabilité des opérations de la plateforme, un soutien pour l’inté-gration de ce sous-système et les opérations en vol qui ont eu lieu en phase de croisière », résumeJean-Luc Issler, chef du service. Pendant les opérations de Philae, les membres du service seront denouveau mobilisés afin d’assurer une liaison optimale au cours de l’atterrissage et de la première phased’activités scientifiques, la plus cruciale. « Les liaisons de proximité, entre deux points à la surface d’unastre ou entre atterrisseur et orbiteur, sont une grande spécialité du CNES », rappelle Jean-Luc Issler.Pour preuve, les excellents résultats obtenus par Mars Global Surveyor, mission de la NASA équipée enredondance d’une technologie française de relai de données fournie par le CNES qui avait parfaitementfonctionné pour suivre l’arrivée de Spirit et Opportunity sur Mars, en 2004.Si le CNES a pour Rosetta dimensionné la liaison de proximité, choisi les fréquences et les techniques ensynergie avec les liaisons de télémesure/télécommande des microsatellites Myriade, c’est la sociétéSyrlinks qui a fabriqué les équipements. Une coopération de longue date qui permet à la PME bretonnede connaître de grands succès à l’export, où l’expertise et la technologie françaises sont unanimementreconnues. Une réplique des équipements de la liaison de proximité de Rosetta avait d’ailleurs été appro-visionnée par la NASA pour sa mission cométaire Deep-Impact ! �

TELECOMS

Philae phone home Some extraordinary discoveries could await Philaewhen it lands on the comet’s nucleus, but if the radiolink between the lander and orbiter malfunctions wewill never know. That, in essence, is the responsibilityon the shoulders of CNES’s Instrumentation,Telemetry and Propagation department, where EricPeragin, Clément Dudal, Céline Loisel and EmmanuelRobert have worked hard in collaboration withAnthony Bellion, Lise Feat and Daniel Belot in theAntenna department to make sure the link doeswork. “We drafted the telecommunicationssubsystem specification for the space agenciesworking on Philae, that is, DLR, CNES and KFKI, theHungarian space agency, which is supplying the flightelectronics. And we provided support to DLR, whichis in charge of spacecraft platform operations, for theintegration of this subsystem and for flightoperations during the cruise phase,” explains Jean-Luc Issler, the department’s head. His team will againbe called into action to ensure optimalcommunications for the landing and the first phase ofscience operations, the most crucial. “Proximity linksbetween two points on the surface of a celestial bodyor between an orbiter and lander are a field whereCNES really excels,” says Issler, a view confirmed bythe excellent results obtained by NASA’s Mars GlobalSurveyor mission, which used French back-up datarelay technology from CNES that performedflawlessly when tracking the landing of Spirit andOpportunity on Mars in 2004.While CNES sized the proximity link for Rosetta andchose the frequencies and techniques to match thetelemetry/telecommand links on the Myriademicrosatellite bus, French firm Syrlinks built thesystems. This longstanding collaboration has enabledthe Brittany-based company to achieve majorsuccess in export markets, where French technologyand expertise are universally renowned. A replica ofthe proximity link systems from Rosetta was alsosupplied to NASA for its Deep Impact comet mission.

1 Wlodek Kofman pour Consertet Jean-Pierre Bibring, del’Institut d’astrophysique spatialed’Orsay, pour Civa, qui assureégalement le rôle de « leadscientist » de Philae.

ZOOM

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Philippe Gaudon,chef de projet CNESde la mission Rosetta.Rosetta mission CNESproject leader

« LES INSTRUMENTS SCIENTIFIQUES ONT ÉTÉDÉVELOPPÉS SOUS LA FORME DE COOPÉRATIONSBI- OU MULTILATÉRALES ENTRE LES ÉTATS, AVECUN FINANCEMENT DIRECT PAR CES DERNIERS. »“The scientific instruments were developed underbilateral or multilateral cooperation with direct fundingfrom member states.”

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POWER

Primary/secondarybatteries and 10 instruments After 10 years in space at anaverage temperature of –40°C,Philae’s primary battery should stillhave about 1,300 Watt-hours ofpower left in it. At least that iswhat the battery team at CNES—Laurence Mélac, Céline Cénac andStéphane Fredon, working underThien Lam-Trong—deduced fromtest batteries placed inside asuper-freezer for the same periodof time to replicate thetemperature conditions of thespacecraft’s interplanetary cruise.What can we do with that level ofpower once we’ve landed on acomet’s surface? That is thequestion the team is now strivingto answer, in close cooperationwith the people at SONC, using apower-consumption simulator totest various task sequences. Themain aim here is to optimizeconsumption of available power toyield the best science possible.“Once on the comet, we’ll retrievethe actual consumption telemetryso that we can adjust our workplan if necessary,” says Thien Lam-Trong. The battery will of courseeventually be drained, probablyafter about 50 hours of scienceoperations. “By the time we startto see the first signs of fatigue, thebattery will already have drained95% of its available power,” pointsout Laurence Mélac. It will then betime to wrap up the first sequenceof science operations and switch tothe second phase, running on therechargeable secondary batterywith a storage capacity of 120Watt-hours. �

��Qualification dusystème de batterie de Philaeen essai sous vide thermique. Philae’s batterysystem undergoesthermal vacuumqualification tests.

ÉNERGIE

La pile, la batterie et les 10 instruments

Après dix ans de séjour dans l’espace à une température moyenne de – 40 °C, la pile quiéquipe Philae doit encore disposer d’une énergie de l’ordre de 1300 wattheures. C’est dumoins ce que l’équipe chargée de la question au CNES (Laurence Mélac, Céline Cénac et

Stéphane Fredon, sous la responsabilité de Thien Lam-Trong) a déduit des tests menés sur despiles témoins, placées dans un super-congélateur depuis dix ans pour reproduire une partie desconditions de la croisière interplanétaire. Que peut-on faire avec cette quantité d’énergie lorsqu’onest sur une comète? C’est maintenant la question à laquelle l’équipe, en étroite coopération aveccelles du SONC, s’efforce de répondre grâce à un simulateur de consommation qui permet detester différentes séquences d’activités. L’objectif principal étant dans tous les cas d’optimiser l’uti-lisation de l’énergie disponible afin de produire la meilleure science possible.« Une fois sur la comète, nous récupérerons par télémesure les consommations réelles, ce quinous permettra d’ajuster éventuellement le plan d’activités aux besoins », confie Thien Lam-Trong. Quoi qu’il en soit, viendra nécessairement un moment où la pile sera vide, sans doute unecinquantaine d’heures après le début des opérations. « Nous ne percevrons les premiers signesde faiblesse de la pile que lorsqu’elle aura épuisé 95 % de son énergie disponible », préciseLaurence Mélac. Ce sera alors l’heure de clore la première phase d’activités scientifiques pour enta-mer la deuxième, sur la batterie rechargeable capable d’emmagasiner 120 wattheures d’énergie. �

ZOOM

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La batterie, la pile etles 10 instruments.Primary/secondarybatteries and 10 instruments

Journée spéciale Rosetta à la Cité des sciences / Samedi 8 février, le magazine Ciel & Espace et Universcience organisent à la Cité des sciences deLa Villette (Paris) une journée spéciale autour de la mission Rosetta, en partenariat avec le CNES. Au programme de cette journée de découverte pour petits et grands, tableronde, conférence et explications détaillées à l’aide d’une maquette en Lego® de Philae. Tous les détails sur http://www.cieletespace.fr/node/11144Special Rosetta day at the Cité des sciences – Saturday 8 February, Ciel & Espace magazine and Universcience are organizing a special day on theRosetta mission at the Cité des sciences at La Villette, Paris, in partnership with CNES. Designed for both young and old, the event will include around table discussion, conference and detailed explanations using a Lego® model of Philae. All the details at http://www.cieletespace.fr/node/11144.

Rosetta is an international mission led bythe European Space Agency (ESA) with ahigh level of French participation. Fromearly conceptual studies through to thesupply of orbiter and lander instrumentsand components and execution ofoperations, CNES is providing its valuablespace expertise to French scientists andcontractors, as well as to its internationalpartners.

Having helped to plan what would eventuallybecome the Rosetta mission from the earlieststages, France signalled its desire to shareefforts equally between the orbiter and landerfrom the outset. It is involved in eight of theorbiter’s eleven science instruments. “One ofthese instruments, CONSERT, is on the orbiterand lander to probe the inner structure of thecomet’s nucleus with radiowaves. The principalinvestigator is Wlodek Kofman at the IPAGplanetology and astrophysics institute inGrenoble,” enthuses Philippe Gaudon, CNESProject Leader for France’s contribution toRosetta. And on the Philae lander, besides itsvery important role managing the ScienceOperations and Navigation Centre (SONC),CNES supplied the primary battery that willpower all the crucial experiments of the initial

science phase, as well as the secondarybatteries for the long-term science phase. It alsoprovided the telecommunications subsystemsthat will allow the orbiter and lander to talk toeach other, an element key to the mission’ssuccess (see article p. 12).

Complex organizationWhile CNES helped indirectly to fund thespacecraft platform through its contribution toESA, the scientific instruments were paid forwith national funding. “They were developedunder bilateral or multilateral cooperation withdirect funding from member states,” confirmsPhilippe Gaudon.Each instrument has a principal investigator, butPhilae is managed by a consortium of researchinstitutes and space agencies led by DLR, theGerman space agency. As the representative ofthe nation providing the second largestcontribution after Germany, CNES is co-manager. Even though Philae has Frenchprincipal investigators for two of its teninstruments1, France has less scientificinvolvement on the lander than on the orbiter.On the other hand, France’s engineeringcontribution to the Philae platform is larger, inline with its desire to balance funding betweenthe two components of the mission. �1 Wlodek Kofman for CONSERT and Jean-Pierre Bibring atthe IAS astrophysics institute in Orsay for CIVA. Jean-Pierre Bibring is also one of the two Lead Scientists forPhilae.

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Les instruments de l’atterrisseur PhilaeAPXS : Spectromètre X, alpha et protons (participation française aux essais/IRAP) •Civa : Caméra optique, microscope optique et spectromètre infrarouge (responsabilité française globale et expertise stéréovision/IAS,LAM) • Consert : Instrument de mesure desondage radiofréquence du noyau (responsabi-lité française globale et participation aux boîtiers électroniques/IPAG, Latmos) • Cosac :Pyrolyseur et analyseur (participation françaiseau stockage et à la distribution de gaz hautepression, ainsi qu’aux colonnes de chromato-graphie/Latmos, LISA) • Ptolemy : Instrumentde mesures isotopiques • Mupus : Instrumentde mesure de la densité de la surface cométaire • Rolis : Caméra de descente •Romap : Magnétomètre • SD2 : Foreuse • Sésame : Instrument de mesure des propriétés électriques de la surface (participa-tion française/Latmos).

Philae lander instrumentsAPXS: Alpha Proton X-ray Spectrometer (Frenchcontribution to testing/IRAP) - CIVA: Panoramic andmicroscopic imaging system and infrared spectrometer(French principal investigator and stereoviewingexpertise/IAS, LAM) - CONSERT: Comet NucleusSounding Experiment by Radio wave Transmission(French principal investigator and contribution toelectronic units/IPAG, LATMOS) - COSAC: COmetarySAmpling and Composition - Evolved gas analyser(French contribution to storage and distribution of high-pressure gas and chromatography columns/LATMOS,LISA) - PTOLEMY: Isotopic measurements - MUPUS:Measurements of comet surface and subsurfaceproperties - ROLIS: Rosetta Lander Imaging System(descent camera) - ROMAP: ROsetta landerMAgnetometer and Plasma monitor - SD2: Sampling,Drilling and Distribution subsystem – SESAME: SurfaceElectrical, Seismic and Acoustic Monitoring Experiments(French contribution to permittivity probe/LATMOS).��

CNES on all fronts FRENCH MISSION INVOLVEMENT

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Mission européenne ambitieuse mobilisantplus de 300 scientifiques à l’échelle ducontinent et composée à la fois d’un orbi-teur et d’un atterrisseur, Rosetta néces-site la parfaite coordination de pas moins

de quatre centres de mission : l’ESOC à Darmstadt(Allemagne) pour les opérations liées à la plateforme del’orbiteur Rosetta, l’ESAC à proximité de Madrid pour lesopérations scientifiques de ce même orbiteur, le LCC àCologne pour la plateforme de Philae, et enfin le SONCà Toulouse. « Nous avons pour mission de calculer les trajec-toires qui permettront à Philae de se poser sur la comète entoute sécurité, de préparer et de suivre les opérations scienti-fiques, et de traiter et d’archiver les données issues de ces opé-rations », résume Cédric Delmas, responsable des opéra-tions du SONC. Des missions complémentaires assuréespar trois équipes distinctes: une de mécanique spatiale

CENTRE DE MISSION

LE SONC PARÉ À TOUTEÉVENTUALITÉ

pour le calcul de trajectoire, une dite de « bord » pour lesopérations, et enfin une de gestion des données opéra-tionnelles, l’ensemble formant un groupe de 20 personnesà temps plein. Les moyens de calcul sont gérés par la direc-tion des Systèmes d’information du CNES, qui hébergeles machines et en assure l’administration, que ce soit pourles calculs de mécanique spatiale ou les activités de plani-fication des opérations scientifiques au travers de l’outilMost, développé spécialement pour Rosetta.

De nombreuses contraintes opérationnellesAvant le calcul des trajectoires, et en fonction de la carto-graphie détaillée de la comète obtenue lors de la phased’approche, l’équipe de mécanique spatiale du SONCaura pour tâche d’aider à la sélection du site d’atterrissageen tenant compte de nombreuses contraintes, qu’ellessoient d’ordre scientifique ou technique. « Le site d’atter-

Installé dans le bâtiment Descartes, au cœur du Centre spatial toulousain,le SONC (pour Science Operation & Navigation Center) est une contribution essentielledu CNES à la mission Rosetta. Ce centre de mission aura notamment pour tâche depréparer et de suivre les opérations scientifiques de l’atterrisseur Philae.

��Trajectographie desdix ans de voyagede Rosetta qui a dûs’émanciper de l’attraction terrestreen s’appuyant surles lois de Kepler (CNESmag 56, dos-sier « Mécaniquespatiale », p. 31).Trajectory of Rosettaduring its 10-yearjourney, duringwhich it applied theprinciples of Kepler’slaws to escapeEarth’s attraction(see CNESMAG 56,special report onspaceflightdynamics, p. 31).

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rissage résultera d’un compromis entre intérêt scientifique, sécurité de l’atterrisseur et sécurité de l’orbiteur, précise le res-ponsable des opérations. Se poser sur une comète est un exercice délicat, car c’est un corps actif. Par exemple, il ne faudrait pas que Philae, qui arrivera sur la comète selonune trajectoire balistique, passe dans un jet de gaz qui l’expulserait à tout jamais ! » L’orbiteur devra, quant à lui,toujours évoluer sur des trajectoires d’évitement qui ne ris-quent pas de l’amener en contact avec le noyau, ce quiréduit bien sûr le nombre de trajectoires possibles pourPhilae. « S’agissant de la première phase des opérations scien-tifiques de l’atterrisseur, prévue pour se dérouler sur deux jourset demi, nous devrons là encore intégrer des contraintes trèsfortes », poursuit Cédric Delmas. Les principales tiendrontà l’énergie délivrée par la pile, encore appelée batterie pri-maire, qu’il faudra distribuer entre tous les instrumentsselon une séquence soigneusement planifiée avec l’outilMost, afin d’éviter les interférences et d’optimiser la ges-tion de l’énergie et des places mémoire disponibles. « Quece soit par son niveau de complexité, la qualité de coordinationrequise avec les autres centres de mission et le peu de tempsque nous aurons pour nous adapter à la réalité du terrain,cette mission est un défi que nous sommes fiers de relever »,conclut le responsable des opérations du SONC. �

Housed in the Descartes building atthe heart of the Toulouse SpaceCentre, the Science Operations andNavigation Centre (SONC) is a keyCNES contribution to the Rosettamission. One of its main tasks willbe to plan and track scienceoperations of the Philae lander.

An ambitious European mission involvingmore than 300 scientists across thecontinent and comprising both an orbiterand lander, Rosetta requires closecoordination between no fewer than fourmission centres: ESOC in Darmstadt,Germany, for orbiter platform operations;ESAC near Madrid for orbiter scienceoperations; LCC in Cologne for the Philaeplatform; and SONC in Toulouse. “Ourjob is to calculate safe landingtrajectories for Philae, to plan and track

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science operations, and to process andarchive the resulting data,” says CédricDelmas, SONC operations manager.Three teams at SONC—a spaceflightdynamics team for trajectory calculations,an ‘onboard’ team for operations, and ateam managing operational data—complement one another, forming agroup of 20 people working full time.Processing resources are managed byCNES’s Information Systems Directorate,which hosts and administers thecomputers that crunch numbers forspaceflight dynamics or for scienceoperations planning, using a tool calledMOST developed specifically for Rosetta.

Numerous operational constraintsBefore doing trajectory calculations,SONC’s spaceflight dynamics team willuse the detailed map of the cometestablished during the approach phase tohelp select the landing site, which mustmeet a whole series of scientific andtechnical constraints. “The landing site

SONC all set for actionMISSION CENTRE

��Les équipes du SONC, en charge de l'ensemble de la navigation et de la coordinationscientifique de l'atterrisseur Philae, planchent sur les multiples scénarios d’atterrissage.Teams at SONC in charge of navigation and science coordination for the Philae landerdiscuss multiple landing scenarios.

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Landing with pinpointprecision One of SONC’s most crucial missions ischoosing the landing site and calculating thetrajectory needed to get there. Besides theobvious constraints imposed by the comet’sweird shape, its certainly varying densityand complex and changing outgassing, theteam has to take into account the sciencevalue of the site selected and the technicalspecifications of the Philae lander, as EricJurado, in charge of spaceflight dynamicsactivities at SONC, explains: “We have toaim at a spot on the comet where Philae willsee both day and night and that is sunlit forat least six hours so that the solar panelscan recharge the battery for long-termscience operations. It will also have to be arelatively flat area where the lander canmake contact at an angle of less than 30°,otherwise it might tip over on landing andno longer be able to communicate with theorbiter. But the main unknown relates to thecomet’s mass, which we’ll only discoverwhen Rosetta reaches it. This will be adecisive factor to ensure that Philae’slanding gear is able to withstand itsterminal speed. We’ve already calculatedbillions of possible trajectories, but we’llonly have two or three days to choose theright one. That’s both stressful andexciting!” �

L’art de tomber sans panachemais avec précision

Parmi les missions du SONC, celle ayant trait au choix du site d’atterrissage et aucalcul de la trajectoire y menant est une des plus cruciales. Aux contraintes évi-dentes liées à la forme très biscornue de la comète, à sa densité certainement

inconstante, à son dégazage complexe et évolutif s’ajoutent celles de l’intérêt scientifiquedu site retenu et des spécifications techniques pour lesquelles Philae a été dimensionné,comme le décrit Éric Jurado, responsable des activités de mécanique spatiale au SONC:« Il faut viser un point de la comète qui assure à Philae une alternance jour-nuit ainsiqu’une durée d’ensoleillement d’au moins six heures, afin que les panneaux solairespuissent recharger la batterie qui sera utilisée pour les opérations scientifiques delong terme. Il faudra aussi que ce soit un endroit relativement plat avec lequel Philaepourra prendre contact sous un angle inférieur à 30 °, sans quoi il risquerait de seretourner à l’atterrissage et de ne plus pouvoir communiquer avec l’orbiteur. Mais laprincipale inconnue reste liée à la masse de la comète, qui ne sera connue qu’une foisRosetta arrivée sur les lieux. Elle sera pourtant déterminante pour assurer une vitesseterminale de Philae compatible avec la résistance de son train d’atterrissage. Nousavons déjà calculé des milliards de trajectoires possibles en fonction des différentsparamètres, mais il faudra choisir la bonne en deux ou trois jours. C’est à la foisstressant et passionnant ! » �

will be a trade-off between science value,lander safety and orbiter safety,” explainsCédric Delmas. “Landing on a comet is atricky exercise because it’s an active body.For example, Philae will be on a ballisticlanding trajectory and we have to avoidany gas jets that would throw it off courseforever!” The orbiter’s trajectory mustalso be controlled to avoid bringing it intocontact with the nucleus, which of coursereduces the number of trajectoriesavailable for Philae.“For the first phase of lander scienceoperations, scheduled to last two and ahalf days, we will also be working with atight set of constraints,” continuesDelmas. These will chiefly involvemanaging the power delivered from theprimary battery to all of the instruments,according to a sequence carefully plannedwith MOST to avoid overlap and optimizepower management and memory space.“In terms of its complexity, of the closecoordination required with the othermission centres and of the very short timewe will have to adapt to the situation onthe ground, this mission is a challenge weare proud to be working on,” concludesthe SONC operations manager. �

��Scénario d’approche et d’atterrissage de Philae sur la comèteChuryumov-Gerasimenko, dont la surface du sol demeure la grande inconnue.Scenario for Philaeto approach andland on cometChuryumov-Gerasimenko,about whosesurface virtuallynothing is known.

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ATTERRISSAGE

UN GRAND SAUT VERS L’INCONNU

Après avoir survécu à dix ans de croisière interplanétaire dans le vide glacial de l’espace, Rosetta et son atterrisseur Philae vont à présent devoir dompter une comète dont on sait finalement peu de chose. Faut-il y voir un risque ou une opportunité ?

ComèteQuand la distance au Soleil diminue, la comète est entouréede sa coma qui empêchede voir le noyau.Note: As the comet getscloser to the Sun, itscoma obscures thenucleus from view.

Note

Elle s’appelle Churyumov-Gerasimenko, dunom des scientifiques ukrainiens qui l’ont co-découverte en 1969, mesure entre 3 et 5 kmet tourne sur elle-même en une douzained’heures. Voilà à peu près tout ce que l’on sait

sur la comète que doivent étudier Rosetta et Philae. Maisles estimations sur sa masse varient d’un facteur 10, et saforme exacte est un mystère. Bref, comme le résumePhilippe Gaudon, chef de projet pour la participation fran-çaise à Rosetta, « tous les paramètres nécessaires à un atter-rissage dans de bonnes conditions sont aujourd’hui inconnus !L’équipe de mécanique spatiale du SONC n’aura que troismois pour concevoir des trajectoires d’atterrissage avec les don-nées d’observation. »Avoir de telles incertitudes sur l’objet qu’on va étudier n’estpas monnaie courante aujourd’hui en matière d’explora-tion spatiale, mais s’explique cependant très bien dans lecas d’une comète: ce sont de si petits corps célestes queles observations menées à distance ne permettent pas derésoudre la surface de la comète. Tout ce que l’on obtient,ce sont des courbes de lumière, dont on peut déduire lapériode de rotation. Mais pour avoir une vague idée de la

taille, il faut connaître l’albédo, le pourcentage de lumièresolaire réfléchie par la comète. « Nous sommes partis del’hypothèse qu’il s’agissait d’un objet assez sombre, avec unalbédo de 4 %, mais c’est une supposition, pas le résultatd’une observation directe », poursuit Philippe Gaudon.

Grande inconnue, la masseQuoi qu’il en soit, la taille est une chose, mais le paramètrecrucial lorsqu’on veut se poser à la surface d’une comètereste la masse et sa répartition, qui donnent le champ degravité, la force prépondérante lors de l’atterrissage dePhilae. Et cette masse est totalement inconnue… « Nousutilisons une valeur qui nous a été fournie par les scientifiqueset qui place la densité à 370 kg par m3, soit le tiers de celle del’eau. Mais les incertitudes sont si grandes que nous faisonsnos calculs en faisant varier la densité d’un facteur 10, étu-dions toutes sortes de formes et de rotations possibles. C’est àce prix que nous saurons nous adapter au terrain une fois lemoment venu. »Une anecdote résume à elle seule la situation dans laquellese trouvent aujourd’hui les équipes du SONC par rapportà la comète sur laquelle doit se poser Philae. Laissons

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PHILAEL'atterrissage dePhilae, un grand saut vers l'inconnu. Philae landing - A leap into theunknown.

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After surviving a 10-yearinterplanetary cruise in the icyvacuum of space, Rosetta and itsPhilae lander now have to tame acomet we know little about. Risk oropportunity?

The target comet is Churyumov-Gerasimenko, named after the Soviet(Ukrainian) scientists who co-discoveredit in 1969. Its nucleus measures 3 km by5 km and spins on itself in 12 hours. Thatis basically all we know about the cometthat Rosetta and Philae are set to probe.Estimations of its mass vary by a factorof ten and its exact shape is a mystery. Inother words, “we currently don’t knowany of the parameters we need for asmooth landing!” says Philippe Gaudon,project leader for the French contribution

to Rosetta. “The spaceflight dynamicsteam at SONC will have no more thanthree months to come up with landingtrajectories using observation data.”Having so many uncertainties about anobject to be studied is unusual today inspace exploration, but comets are asomewhat exceptional case. These celestialbodies are so tiny that they cannot beresolved by remote observations of thecomet's surface. The only thing we canobtain is light curves, from which wededuce the spin period, but to gain arough idea of its size we need to know itsalbedo, the percentage of sunlightreflected by the comet. “We worked fromthe assumption that it’s a fairly darkobject, with an albedo of 4%, but that’sonly an assumption, not the result ofdirect observation,” notes Philippe Gaudon.

Mass the major unknownA comet’s size is one thing, but the crucialparameter when attempting to land on itssurface is its mass and how that mass isdistributed, which gives us its gravity field,the chief force that Philae will have toreckon with. And Churyumov-Gerasimenko’s mass is a completeunknown… “We’re using a density valuegiven to us by the mission scientists of370 kg per m3, one-third that of water,”explains Philippe Gaudon. “But there’s somuch uncertainty that for our calculationswe vary the density by a factor of ten,studying all kinds of comet shapes andspins. That’s the only way we’ll be readyto adapt them when the time comes.”One anecdote more than any other sumsup the situation facing the SONC teams.Philippe Gaudon recounts: “In January lastyear, we met with teams at NASA, sincethere are two instruments on the orbiterto which the United States is making a bigcontribution. One of the people on thoseteams was Gentry Lee, a veteran of theViking programme in the 1970s, whichsent the first spacecraft ever to soft-landon the surface of Mars. Gentry Leeexplained that the uncertainties forRosetta are exactly the same as those hefaced 40 years ago for Mars! NASAreckons it has 10 million times more dataon Mars today than it did then. Anddespite that, it took the Curiosity teamstwo years to select a landing site. ForPhilae, we’ll have just one month.” Henevertheless sees this situation as astimulating challenge and is approaching itconfidently. “We’ve studied so manyscenarios that we’re ready to land onPhilae whatever the circumstances. Thereare many adjustments we can make to fitwhat we actually find on arrival.” �

A leap into the unknown

LANDINGPhilippe Gaudon nous la raconter: « En janvier 2013, nousavons eu une réunion avec des équipes de la NASA, car il y adeux instruments de l’orbiteur avec une forte participation amé-ricaine. Il se trouve qu’un des intervenants américains étaitGentry Lee, un vétéran du programme d’exploration Vikingdes années 1970, les premiers engins spatiaux à se poser endouceur à la surface de Mars. Gentry Lee nous a révélé quenous étions pour Rosetta exactement dans le même état d’in-certitude concernant l’objectif qu’il l’était pour Mars il y aquarante ans ! La NASA estime avoir aujourd’hui 10 millions de fois plus de données sur Mars qu’à l’époque.Et, malgré cela, il a fallu deux ans aux équipes de Curiositypour choisir un site d’atterrissage. Pour Philae, nous auronsun mois. » Une situation que Philippe Gaudon prendcomme un défi stimulant et qu’il aborde avec confiance.« Nous avons étudié tant de scénarios que nous sommes prêtsà poser Philae quelle que soit la réalité du terrain. Nous dispo-sons de nombreux ajustements possibles pour nous adapter auxparamètres réels que nous découvrirons une fois sur place. » �

Réveillée par son horloge interne dès le 20 janvier 2014,Rosetta laissera dormir son passager Philae jusqu’au28 mars. Puis, pendant trois semaines, l’atterrisseursera inspecté sous toutes les coutures par télémesure

afin de vérifier qu’il est prêt pour le grand saut. « Tout cela nousamènera à la dernière semaine d’avril 2014, qui marquera pournous la fin de la préparation “bord” des opérations et le débutde la phase d’entraînement des équipes et de validation desprocédures », anticipe Aurélie Moussi, responsable des opéra-tions scientifiques de Philae au SONC. Le 21 mai commencerala première grande manœuvre de rendez-vous, qui doit fairepasser la distance à la comète de 1 million à seulement50000 km le 2 juillet. De là, Rosetta freinera encore pour s’ap-procher à 2000 km de la comète le 30 juillet. Puis ce sera laphase d’approche finale, avec une arrivée à 30 km de l’objectif,le 10 septembre, à une vitesse relative d’environ 1 mètre parseconde. Mais c’est dès les premières observations par les ins-truments de l’orbiteur, en juillet, que débutera la procédure dechoix du point d’atterrissage, avec 5 sites proposés aux scienti-fiques. Une fois le site idéal confirmé, fin septembre, il seratemps d’adapter la séquence d’activités scientifiques aux condi-tions réelles observées sur le terrain, pour un atterrissage dePhilae prévu le 11 novembre 2014. S’ensuivront deux jours etdemi particulièrement riches en opérations scientifiques les plusgourmandes en énergie, que seule la pile peut alimenter. Unefois la pile vidée, les batteries prendront le relais et devraientpouvoir assurer le fonctionnement de Philae à un rythme pluspaisible pendant encore quelques mois.

COMPTE À REBOURSBIENTÔT ENCLENCHÉPOUR PHILAE

Countdown fastapproaching for PhilaeWhen Rosetta is woken up by its internalclock on 20 January, it will let itspassenger Philae sleep until 28 March.Then, the lander will be thoroughlychecked out for three weeks to ensurethat it is good to go. “That takes us up tothe last week of April 2014, which willmark the end of ‘onboard’ preparation ofoperations for us and the start of theteam training and procedural validationphase,” says Aurélie Moussi, Philaescience operations manager at SONC. On21 May, the spacecraft will start to close inon its target with a first key rendezvousmanoeuvre taking it from 1 millionkilometres away to within just 50,000kilometres by 2 July. From there, Rosettawill further reduce speed to get it towithin 2,000 kilometres on 30 July. Thencomes the final approach phase, bringingthe orbiter to within 30 kilometres on 10September at a relative velocity of about 1 metre per second. But the process tochoose the landing spot begins as soon asthe orbiter’s instruments start observingthe comet in July, narrowing down theoptions to five sites for the mission’sscientists. Once the best site is confirmedin late September, it will be time to adjustthe sequence of science operations toconditions on the ground, with Philaescheduled to land on 11 November 2014.The first two and a half days will involvelots of power-hungry science operationsusing the primary battery. Once thisbattery is drained, the secondary batterieswill take over as the lander settles into aless hectic routine expected to last severalmonths.