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Organisation | Goddard (NASA) |
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Programme | Living With a Star |
Domaine | Étude de la l'ionosphère et la thermosphère terrestre |
Nombre d'exemplaires | 6 |
Constellation | Oui |
Statut | En développement |
Lancement | 2027 |
Δv | > 90 m/s |
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Source d'énergie | Panneaux solaires |
Altitude | 300 à 400 km |
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Inclinaison | 81° |
CAPE | Mesure des particules à hautes énergies |
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AETHER | Sonde de Langmuir |
MoSAIC | Spectromètre de masse |
TPS | Mesure du plasma |
NEMISIS | Magnétomètre |
Geospace Dynamics Constellation ou GDC est une mission spatiale de l'agence spatiale américaine, la NASA, qui doit étudier l'ionosphère et la thermosphère terrestre. La mission, qui fait partie du programme Living With a Star, repose sur une constellation de satellites placés sur une orbite basse, dont le lancement est prévu vers 2027. Ces satellites, tous identiques, seront équipés de cinq instruments scientifiques permettant de recueillir des données sur les caractéristiques de la haute atmosphère terrestre. Celles-ci permettront de mieux comprendre sa dynamique et l'influence de la magnétosphère terrestre elle-même impactée par les fluctuations de l'énergie produite par le Soleil transmises par le vent solaire. Ce projet majeur de la NASA a un coût estimé fin 2022 de 1,4 milliard USD (lancement et opérations compris).
L'ionosphère et la thermosphère forment les couches supérieures de l'atmosphère terrestre au-dessus d'une altitude de 80 kilomètres. Elles sont au contact de l'espace interplanétaire. L'ionosphère est constituée de particules ionisées tandis que la thermosphère comprend des particules neutres. La densité de l'ionosphère atteint son pic à une altitude comprise entre 200 et 450 kilomètres. Au dessous d'une altitude de 100 kilomètres, l'atmosphère est contrôlée principalement par la dynamique de fluides neutres tandis qu'au-dessus de 200 kilomètres elle est fortement influencée par les forces électromagnétiques résultant des interactions entre le vent solaire et la magnétosphère terrestre. La dynamique des couches atmosphériques supérieures est à tout moment déterminée par l'équilibre entre d'une part les forces électromagnétiques, caractérisées par leur forte intensité et leur impact à très grande échelle, et d'autre part les forces produites par les couches basses de l'atmosphère influencées par les ondes gravitationnelles, planétaires et des marées qui modulent les changements globaux produits par les forces électromagnétiques. Cette tension permanente entre dynamique des fluides et électromagnétisme fait de cette partie de l'atmosphère une cible particulièrement importante pour les études scientifiques.
En 2013, le rapport décennal consacré à la physique solaire et spatiale et rédigé par des représentants de la communauté scientifique américaine est publié. Le rapport émet des recommandations en matière de missions scientifiques qui sont généralement suivies par les organisations concernées. Parmi les projets proposés, figurent le développement par la NASA d'une mission consacrée à l'étude des couches supérieures de l'atmosphère dans le cadre de son programme Living With a Star. Ce programme rassemble des missions spatiales ayant pour objectif d'étudier les interactions entre l'atmosphère terrestre et le Soleil. La mission baptisée GDC (Geospace Dynamics Constellation) consiste en une constellation de six satellites circulant sur une orbite basse circulaire polaire.
En 2018, une équipe est chargée par la NASA de détailler les objectifs scientifiques et les aspects techniques de la mission GDC. Début 2021, la NASA lance un appel à propositions pour la sélection des instruments qui seront embarqués à bord de la nouvelle mission GDC dont le lancement est prévue en 2027. En avril 2022, la NASA sélectionne les trois premiers instruments embarqués sur les satellites de la constellation GDC : CAPE qui mesure les particules chargées à haute énergie, AETHER une sonde de Langmuir mesurant la température et la densité des électrons et MoSAIC un spectromètre de masse qui mesure les vents de la thermosphère. En novembre 2022, un rapport d'évaluation réalisé à la demande de la NASA par un comité indépendant confirme que les objectifs de la mission répondent clairement aux objectifs fixés par le rapport décennal de 2013 ainsi qu'aux attentes de la communauté scientifique. Mais il souligne que le budget prévu - 1,4 milliard USD avec le lancement et la phase opérationnelle (gestion de la constellation et traitement/distribution/archivage des données) - est insuffisant pour pouvoir réaliser la mission (il manque 200 à 300 millions US$) et que dans tous les cas, le lancement ne pourra pas avoir lieu avant 2029. En janvier 2023, la NASA sélectionne les deux derniers instruments : TPS et NEMESIS.
Les objectifs scientifiques de la mission sont :
La mission repose sur une constellation de six satellites identiques équipés des mêmes instruments. Les satellites disposent d'une capacité de manœuvre suffisante leur permettant maintenir la formation sur leur orbite durant 5 ans(delta-V > 90 m/s).
Cinq instruments scientifiques sont embarqués sur chaque satellite :
Les six satellites doivent être placés sur une orbite circulaire quasi polaire (inclinaison orbitale comprise entre 79 et 83°) à une altitude comprise entre 350 et 400 kilomètres. La durée initiale de la mission est de 36 mois dont 3 mois pour la phase initiale de vérification des systèmes.