La NASA rallume des propulseurs restés éteints depuis 37 ans sur Voyager 1 : ils ont répondu à 19 milliards de kilomètres

À plus de 19 milliards de kilomètres de la Terre, la sonde américaine Voyager 1 a répondu à un ordre venu de la NASA, près de quarante ans après l’arrêt de certains de ses propulseurs.

En 2017, la NASA a réussi un pari technique inattendu : rallumer des propulseurs de la sonde Voyager 1, muets depuis 37 ans, pour maintenir le contact avec un engin lancé en 1977 et désormais perdu dans l’espace interstellaire, rapporte le site technologique américain Wonderful Engineering. Une prouesse réalisée depuis les États-Unis, avec un signal qui a mis près de 20 heures à parvenir jusqu’à la sonde, à environ 19 à 21 milliards de kilomètres de la Terre.

Un ordre parti de Californie, arrivé presque deux jours plus tard

Le 28 novembre 2017, les ingénieurs du Jet Propulsion Laboratory (JPL), le centre de la NASA basé en Californie, envoient une série de commandes vers Voyager 1. L’objectif : tester un jeu de propulseurs de secours, inutilisés depuis novembre 1980.

À cette époque, ces propulseurs servaient à corriger la trajectoire de la sonde lors de ses survols de Jupiter et Saturne. Ils n’avaient jamais été employés pour le contrôle d’orientation quotidien, assuré par un autre système dédié.

Le signal met 19 heures et 35 minutes pour atteindre Voyager 1. Puis les équipes attendent encore environ 19 heures pour recevoir la réponse. Soit quasiment 40 heures entre l’envoi des ordres et la confirmation de leur exécution.

Les propulseurs mis en veille depuis 37 ans ont tiré une série d’impulsions de 10 millisecondes, exactement comme prévu, confirmant que ce matériel oublié pouvait reprendre du service.

Les données de télémétrie montrent alors que les petites poussées commandées ont bien eu lieu. Pour les équipes, c’est la preuve que ce système de secours, figé depuis des décennies, peut être utilisé pour continuer à orienter correctement la sonde.

Pourquoi rallumer d’anciens propulseurs sur Voyager 1 ?

Voyager 1 ne se « déplace » plus grâce à ces propulseurs au sens traditionnel. L’engin poursuit essentiellement sa route en ligne droite, porté par son élan. Les fusées rallumées servent à un autre rôle, tout aussi vital : ajuster l’orientation de la sonde.

La sonde dispose d’une grande antenne à haut gain de 3,7 mètres de diamètre. Elle doit rester parfaitement pointée vers la Terre pour que le faisceau radio, extrêmement étroit à cette distance, atteigne encore les récepteurs des grandes antennes terrestres.

• Une légère dérive d’orientation suffit à faire « rater » la Terre par le faisceau radio.
• La conséquence serait la perte de la liaison et des données scientifiques.
• Les corrections d’attitude se font par de très brèves impulsions de propulseurs.

Or, depuis 2014, les ingénieurs notent des signes de fatigue sur le système de contrôle d’attitude principal. Les propulseurs dédiés deviennent moins efficaces, ce qui oblige à les faire fonctionner plus souvent et accélère leur vieillissement.

D’où l’idée audacieuse : tester les vieux propulseurs de correction de trajectoire, inutilisés depuis les grands survols planétaires des années 1980, et s’en servir désormais pour la mise en orientation de routine.

Des manuels d’époque et un langage informatique dépassé

Avant d’envoyer la moindre commande, les équipes du JPL ont dû remonter le temps. Wonderful Engineering explique qu’elles se sont replongées dans une documentation technique vieille de plusieurs décennies, comprenant des schémas, des notes d’ingénieurs et des logiciels rédigés dans un langage d’assemblage aujourd’hui tombé en désuétude.

Cette étape s’avère cruciale. Les ingénieurs doivent anticiper précisément la manière dont le matériel réagira après 37 ans d’inaction. À cette distance, aucun ajustement en temps réel n’est possible.

Entre l’envoi de l’instruction et la réception de la réponse, près de 40 heures s’écoulent, interdisant toute correction « en direct » en cas de problème.

Chaque paramètre est donc vérifié et revérifié au sol. Profil des impulsions, fréquence, enchaînement des commandes : tout doit être exact avant d’être encapsulé dans le signal radio envoyé vers la sonde.

Le test s’avère suffisamment concluant pour que la NASA décide, début 2018, de basculer l’orientation de Voyager 1 sur ces propulseurs de secours. Cette bascule prolonge la capacité de la sonde à rester « tournée » vers la Terre, et donc à continuer à transmettre des données scientifiques.

Un sursis pour Voyager 1… et bientôt pour Voyager 2

Grâce à cette réactivation, l’agence américaine gagne plusieurs années d’exploitation supplémentaire. Wonderful Engineering rappelle qu’une opération similaire est ensuite réalisée sur Voyager 2, la sonde jumelle, en 2019.

Cet épisode illustre la robustesse du design d’origine. Voyager a été conçu dans les années 1970, à une époque où la microélectronique n’avait rien à voir avec celle d’aujourd’hui. Les systèmes sont plus simples, souvent redondants, avec une marge importante dans les composants.

Mais ce succès ne met pas fin aux effets du temps. Le « cœur énergétique » de Voyager, un générateur thermoélectrique à radioisotopes (RTG), voit sa puissance diminuer année après année. L’élément radioactif contenu dans ce générateur se désintègre progressivement, produisant moins de chaleur et donc moins d’électricité.

Pour garder la sonde en vie, la NASA est contrainte de couper progressivement certains instruments scientifiques, puis des systèmes non essentiels, afin de réserver l’énergie aux fonctions vitales : communication, contrôle d’attitude et gestion à bord.

Une mission lancée en 1977, toujours active dans l’espace interstellaire

Voyager 1 a décollé en 1977 depuis les États-Unis. Elle a survolé Jupiter et Saturne avant de s’échapper du plan de l’écliptique et de quitter la région dominée par le vent solaire. Elle évolue aujourd’hui dans l’espace interstellaire, au-delà de l’influence directe du champ magnétique solaire.

Près de 50 ans après son lancement, elle continue d’envoyer des mesures sur le milieu interstellaire : particules, champs magnétiques, rayons cosmiques. Ces données restent précieuses, car seules les sondes Voyager 1 et 2 se trouvent à une telle distance de la Terre avec des instruments encore fonctionnels.

La longévité de Voyager tient autant à la solidité de sa conception qu’à l’ingéniosité de générations d’ingénieurs qui trouvent encore des solutions pour la maintenir en fonctionnement.

Pour un lecteur français, cette mission rappelle la logique des grandes sondes de la NASA ou de l’Agence spatiale européenne (ESA), comme la sonde européenne Rosetta ou la mission américaine New Horizons vers Pluton. Dans tous les cas, les équipes doivent apprendre à prolonger au maximum la durée de vie de machines très éloignées, souvent bien au-delà de la durée prévue initialement.

Ce que cela raconte de la gestion des sondes lointaines, en France comme ailleurs

En France, les ingénieurs impliqués dans des missions interplanétaires travaillent généralement au sein du Centre national d’études spatiales (CNES) et de l’ESA. Le principe reste similaire à celui appliqué à Voyager : une fois la sonde lancée, il faut optimiser chaque watt, chaque impulsion de propulseur, chaque session de communication.

Les équipes françaises ont par exemple contribué à des missions européennes comme Mars Express, BepiColombo vers Mercure ou encore les satellites d’observation de la Terre. Là aussi, l’allongement de la durée de vie opérationnelle constitue un enjeu crucial : plus la mission dure, plus la quantité de données scientifiques récoltées augmente pour un même coût de lancement.

Les stratégies utilisées ressemblent à celles de la NASA pour Voyager 1 :

• passage sur des systèmes de secours lorsque les composants principaux fatiguent ;
• réécriture ou adaptation de logiciels pour contourner des pannes matérielles ;
• planification fine de la consommation d’énergie en fonction des priorités scientifiques ;
• révision régulière des scénarios de fin de mission pour gagner quelques mois, voire quelques années.

L’épisode des propulseurs de Voyager 1 illustre de manière frappante cette culture : rien n’est définitivement perdu tant qu’un composant reste théoriquement utilisable, même s’il dort depuis plusieurs décennies.

Comprendre quelques notions techniques autour de Voyager 1

Le cas de Voyager 1 permet aussi d’éclairer deux notions souvent mentionnées dans l’actualité spatiale : le contrôle d’attitude et la production d’énergie par RTG.

Les missions vers les confins du système solaire ne peuvent pas compter sur des panneaux solaires classiques : la lumière du Soleil y est beaucoup trop faible. C’est pour cette raison que Voyager utilise un générateur à radioisotopes, une technologie également employée sur certaines sondes américaines plus récentes et sur le robot martien Curiosity.

À long terme, la baisse progressive de puissance du RTG finit par imposer l’arrêt quasi complet de la sonde. L’enjeu pour les ingénieurs consiste à choisir l’ordre dans lequel couper les instruments pour préserver au maximum les mesures jugées prioritaires.

Voyager 1 se trouve aujourd’hui dans cette phase délicate, où chaque décision compte. La réactivation des propulseurs de 2017 lui a offert quelques années supplémentaires pour interroger le milieu interstellaire, depuis une distance que peu d’engins construits par l’être humain atteindront avant longtemps.