Les Défis de la Mission MESSENGER : Un Voyage Vers Mercure

Les extraits suivants proviennent d’entretiens oraux réalisés en 2009 dans le cadre du programme Discovery, dirigés par le Dr. Susan Niebur. Ils relatent les défis techniques auxquels l’équipe de la mission MESSENGER (MErcury Surface, Space ENvironment, GEochemistry, and Ranging) a été confrontée, notamment les exigences techniques pour visiter Mercure, les contraintes budgétaires et les impacts sur le calendrier, tout en gardant à l’esprit les objectifs de la mission avant le lancement.

La mission MESSENGER a suivi un parcours long et sinueux, ponctué de détours et d’obstacles. Conçue par le Laboratoire de Physique Appliquée de l’Université Johns Hopkins (APL) après l’annonce d’opportunité du programme Discovery de la NASA en 1996, cette mission vers Mercure, si elle était acceptée, serait la première à visiter la planète depuis les survols de Mariner 10 en 1974. Un élément crucial pour l’APL était de trouver le bon chercheur principal (PI) pour diriger la mission.

Le Rôle Crucial du Chercheur Principal

Andrew F. Cheng, Co-Investigateur de MESSENGER

« Il n’y a pas beaucoup de personnes disponibles, surtout à l’époque où le modèle de mission dirigé par un PI commençait à peine à se mettre en place. Il était essentiel de ne pas commettre d’erreurs. Les qualifications scientifiques sont importantes, mais ce n’est pas le plus crucial. Il faut comprendre le fonctionnement des missions, collaborer avec les ingénieurs et gérer les relations avec le siège et la gestion de programme. C’est un ensemble de compétences variées. »

« La première chose est d’avoir le prestige nécessaire pour remporter la mission. Ensuite, il faut se demander : ‘Et si nous gagnons et que nous sommes coincés avec cette personne ?’ Il est donc impératif qu’il puisse travailler avec les ingénieurs, qu’il sache écouter et qu’il réalise qu’il est en charge, mais pas vraiment. Les PIs ne savent pas tout et doivent apprendre à déléguer. Ces projets sont si vastes qu’ils ne peuvent pas tout contrôler. »

Sean Solomon, Chercheur Principal de MESSENGER

« L’APL a décidé qu’ils pouvaient réaliser une mission d’orbiteur autour de Mercure. À l’époque, ils travaillaient sur NEAR [Near Earth Asteroid Rendezvous] et avaient des ambitions d’explorer davantage le système solaire. »

« J’ai reçu un appel de John Appleby, qui était à la tête du développement au sein du département spatial de l’APL. Il m’a dit : ‘Nous cherchons à constituer une équipe de scientifiques pour une proposition Discovery, un orbiteur de Mercure. Seriez-vous intéressé ?’ »

« J’ai accepté avec enthousiasme. Cela semblait être une aventure passionnante. Je n’avais pas pensé à Mercure depuis près de 20 ans, mais c’était une opportunité que je ne pouvais pas laisser passer. Peu après, Tom Krimigis m’a contacté pour me demander de venir à l’APL. Je ne connaissais pas l’endroit et j’ai eu du retard à cause du trafic. À mon arrivée, dix personnes m’attendaient, et ils m’ont proposé de devenir PI. »

« J’étais naïf à bien des égards. Je ne mesurais pas toutes les facettes des connaissances nécessaires. Par exemple, lors de la rédaction de notre première proposition, j’ai mis beaucoup d’efforts dans la justification scientifique, mais j’ai dû accepter que l’équipe d’ingénierie savait ce qu’elle faisait. Je n’avais pas encore acquis les compétences en gestion des risques nécessaires pour évaluer les solutions techniques. »

« Lors de notre visite sur site, il est devenu évident que nous n’avions pas de plan de contingence suffisant pour les panneaux solaires. Si les tests révélaient que nos hypothèses étaient incorrectes, nous n’avions pas de plan d’action solide. Nous avons donc été sévèrement critiqués à ce sujet. »

Après cette première déception, l’équipe MESSENGER s’est réorganisée et a proposé à nouveau en 1998, après avoir apporté des modifications à l’équipe et résolu des problèmes majeurs identifiés dans la première proposition. La seconde proposition a été acceptée pour développement le 7 juillet 1999.

Une Nouvelle Approche pour la Deuxième Proposition

Sean Solomon, Chercheur Principal de MESSENGER

« Nous avons convenu lors d’une réunion de reformuler notre proposition. J’ai demandé un nouveau chef de projet, quelqu’un avec qui j’avais une bonne relation, capable de bien travailler avec ses ingénieurs. Ils m’ont présenté Max Peterson, et nous avons tout de suite bien accroché. Il est devenu le chef de projet pour cette seconde proposition. »

« Nous avons dû résoudre le problème des panneaux solaires. L’APL a mis en place un protocole de test et a alloué les ressources nécessaires pour effectuer les tests au NASA Glenn Research Center à Cleveland, Ohio. Ainsi, lorsque nous avons rédigé notre seconde proposition, nous pouvions affirmer que non seulement nous avions une solution pour les panneaux solaires, mais que nous avions également des tests validant nos modèles. »

Les Défis des Missions Spatiales : Le Cas de MESSENGER

Les missions spatiales sont souvent confrontées à des risques variés, notamment lors des premières phases de développement. Dans le cas de MESSENGER, des préoccupations majeures ont été soulevées concernant la gestion des projets et les risques associés aux panneaux solaires, qui ont été identifiés comme des points critiques.

Leçons des Échecs Précédents

En 1999, deux missions vers Mars ont échoué, entraînant la perte de leurs vaisseaux spatiaux : le Mars Climate Orbiter en septembre et le Mars Polar Lander en décembre. Ces incidents ont conduit la NASA à établir l’Équipe d’Action Intégrée de la NASA (NIAT) pour analyser ces échecs et formuler des recommandations pour les futures missions, y compris celles du programme Discovery. Pour la mission MESSENGER récemment sélectionnée, cela a eu un impact significatif sur le budget et le calendrier prévus, en raison des nouvelles exigences en matière de gestion des risques.

Réactions des Responsables de Mission

Tom Krimigis, Responsable du Département Spatial d’APL

« Nous avons eu l’impression d’être punis, bien que nous n’ayons rien fait de mal. C’était décevant, car plusieurs examens avaient déjà mis en lumière des points à améliorer. Cependant, ces exigences étaient imposées sans financement supplémentaire et sans ajustement du calendrier, ce qui compliquait notre situation. Les équipes d’examen n’avaient pas d’incitation à prendre en compte les délais et les coûts. »

« J’ai exprimé mes préoccupations à la direction, notant qu’un tiers de notre personnel travaillait sur les recommandations des examens précédents, un autre tiers se préparait pour le prochain examen, et le dernier tiers était réellement engagé dans le travail. C’était vraiment insoutenable. »

Ralph McNutt, Scientifique Principal de MESSENGER

« Lorsque le rapport de la NIAT a été publié, nous avons compris que les choses allaient changer. Nous étions en plein processus de préparation de la mission, et il est devenu évident que notre budget initial était insuffisant face aux défis à venir. Nous avons dû faire face à des réalités difficiles et demander des fonds supplémentaires. »

« Bien que nous n’ayons pas obtenu tout ce que nous avions demandé, nous avons décidé de persévérer. Nous avons présenté notre cas à plusieurs comités consultatifs de la NASA, et bien que certains responsables n’aient pas été satisfaits, la majorité a soutenu notre démarche. »

Retards et Défis Techniques

Au fur et à mesure que le développement de la mission avançait, des retards de livraison de la part des sous-traitants ont eu un impact sur le calendrier et les coûts. Les examens de coûts à la NASA ont également suscité des inquiétudes au sein de l’équipe.

David Grant, Responsable de Projet MESSENGER

« Lors de ma première réunion, intitulée Révision de Retrait des Risques, j’ai rapidement réalisé qu’il y avait de sérieux problèmes dans le programme. Les préoccupations concernant le respect du budget étaient omniprésentes. Nous avons rencontré des difficultés avec l’Unité de Mesure Inertielle, et des problèmes de structure des panneaux solaires ont également surgi. »

« MESSENGER est une mission complexe qui nécessite une attention particulière à la masse du vaisseau, à la propulsion et à la gestion thermique. Les défis technologiques étaient nombreux, et il était évident que nous avions dépassé le plafond budgétaire, une réalité que ma direction n’était pas prête à accepter. »

Maintenir la Motivation de l’Équipe

Malgré les retards et l’augmentation des coûts, l’équipe a continué à travailler en vue de la date de lancement prévue en mars 2004. La pression de la situation a affecté les horaires de travail et le moral de l’équipe, obligeant les responsables de la mission à trouver des moyens de maintenir la motivation.

Sean Solomon, Investigateur Principal de MESSENGER

« Nous avons anticipé des retards dans la livraison de certains sous-systèmes, notamment la structure du vaisseau spatial, qui a été confiée à un sous-traitant en Californie. Ce retard a eu un impact direct sur notre calendrier d’intégration et de test. »

« En raison des retards accumulés, nous avons dû ajuster nos plans et faire face à des défis supplémentaires, mais nous avons continué à avancer avec détermination. »

Défis et Retards du Projet MESSENGER

Le projet MESSENGER a rencontré de nombreux obstacles qui ont compliqué son avancement. L’un des principaux défis était lié à l’unité de mesure inertielle, essentielle pour la mission. Une entreprise spécialisée dans ce domaine, située à Goleta, en Californie, a été acquise par Northrup Grumman, qui a ensuite décidé de fermer l’usine de Goleta. Ils ont tenté de transférer le personnel vers Woodland Hills, mais peu de personnes de Santa Barbara étaient prêtes à déménager à Los Angeles. Cela a entraîné une perte d’expertise dans la fabrication de gyroscopes complexes, nécessitant ainsi le recrutement de nouveaux employés.

Les délais de livraison des sous-systèmes ont également été un problème majeur. Malgré nos efforts pour respecter le calendrier de lancement prévu en mars 2004, de nombreux retards ont été accumulés. Nous avions trois fenêtres de lancement en 2004 : mars, mai et une moins souhaitable en août. Le lancement d’août était particulièrement redouté, car il impliquait un temps de croisière de 6,5 ans, contre 5 ans pour les lancements de mars et mai. Nous étions déterminés à atteindre Mercure le plus rapidement possible.

Gestion des Retards et Révisions de Calendrier

David Grant, le responsable du projet MESSENGER, a souligné l’importance de la livraison des sous-systèmes dans un ordre précis. Malheureusement, de nombreux composants ont été livrés en retard, ce qui a nécessité des ajustements coûteux pour respecter le calendrier. Une équipe de 18 personnes a travaillé d’arrache-pied, souvent en double ou triple équipe, pour rattraper le temps perdu. Malgré ces efforts, il est devenu évident que le lancement de mars 2004 ne serait pas réalisable.

Après avoir évalué la situation, il a été décidé de repousser le lancement à mai 2004. Ce changement a engendré des coûts supplémentaires et a perturbé les préparatifs à Cape Canaveral, où l’équipe se préparait pour le lancement de mars. La coordination des équipes est devenue un défi, mais nous avons réussi à finaliser les tests d’intégration et à passer en revue les résultats avant l’expédition.

La Tension Avant le Lancement

Lors de la réunion de pré-expédition, l’atmosphère était tendue. Les examinateurs ont voté en privé et ont finalement donné leur accord pour l’expédition. Cependant, une inquiétude persistait au sein de la direction. Peu après l’expédition, des préoccupations ont été soulevées par la NASA concernant le système d’autonomie, ce qui a nécessité des tests supplémentaires. David Grant a averti que tout retard supplémentaire pourrait entraîner des coûts de développement significatifs et un risque accru pour la mission.

Il a souligné que le passage d’un lancement en mai à un lancement en août impliquerait des défis supplémentaires, notamment des manœuvres complexes et un coût potentiel de 30 millions de dollars. Les marges de sécurité pour la puissance et la thermique du vaisseau spatial étaient également plus serrées avec cette nouvelle mission. La NASA devait donc peser le pour et le contre de ces tests supplémentaires.

Le Lancement Vers Mercure

la fenêtre de lancement d’août 2004 est arrivée, mais les conditions météorologiques en Floride ont rendu la situation encore plus délicate. Le 3 août 2004, lors de la deuxième tentative de lancement, MESSENGER a commencé son long voyage vers Mercure, marquant le début d’une aventure spatiale qui allait fournir des données précieuses sur la planète la plus proche du soleil.

Conclusion

Le projet MESSENGER a illustré les défis inhérents à l’exploration spatiale, où des retards et des complications techniques peuvent avoir des répercussions significatives sur le calendrier et le budget. Malgré ces obstacles, l’engagement de l’équipe a permis de surmonter les difficultés et de réaliser un lancement réussi, ouvrant la voie à de nouvelles découvertes scientifiques.

La veille du lancement, les conditions météorologiques n’étaient pas idéales en raison des nuages, mais nous avons frôlé le décollage. Nous étions présents sur le site, observant la situation nocturne. la nuit suivante, tout était prêt pour le lancement. C’était une bonne chose, car une tempête s’est abattue un jour ou deux plus tard, se transformant en ouragan.

Après un lancement réussi, l’équipe a dû rattraper le temps perdu en matière de planification de mission et de recherche, en raison des retards accumulés et de leur impact sur l’ensemble de la mission.

Réflexions de David Grant, Responsable du Projet MESSENGER

« Juste après le lancement, nous avons dû reprendre toute la planification de la mission, en réanalysant tout ce que nous avions préparé avant le décollage. Normalement, tout serait déjà bien organisé et prêt à l’emploi. Cependant, toute la planification scientifique a dû être refaite, tout comme la conception de la mission. Pendant ce temps, nous devions également apprendre à piloter le vaisseau spatial, ce qui impliquait un certain degré d’essais et d’erreurs.

Au départ, le vaisseau spatial était difficile à manœuvrer. Nous ne savions pas où se situait le centre de gravité. Ainsi, lorsque nous effectuions de petites manœuvres avec les propulseurs pour corriger notre trajectoire, des erreurs se produisaient, suffisamment significatives pour nécessiter des corrections. Nous avons dû apprendre à gérer ces situations. De plus, nous avons rencontré des problèmes d’impingement de jet, qui n’avaient pas été anticipés avant le lancement. En parallèle, il y avait littéralement des milliers de paramètres à bord. Étaient-ils tous corrects ? Non, quelques-uns nécessitaient des ajustements, certains n’étaient que des approximations.

La première fois que nous avons tenté une manœuvre, cela ne s’est pas déroulé comme prévu, ce qui nous a obligés à revenir en arrière pour corriger le tir. Chacun de ces incidents était considéré comme une anomalie ; ils devaient être résolus. Nous avons consacré beaucoup de temps à cela. La phase de rodage de MESSENGER a été bien plus complexe que je ne l’avais imaginé.

Il s’agissait de nouvelles technologies, et c’était la première fois que nous les mettions en œuvre. C’est comme pour toute chose complexe et inédite. Cependant, l’équipe d’ingénierie a persévéré. Ils ont analysé chaque problème en profondeur, compris les raisons des anomalies et les ont corrigées. Leur approche a été très rigoureuse et minutieuse. un jour, nous avons tous réalisé que presque tous les problèmes étaient résolus et que MESSENGER était un vaisseau spatial exceptionnel. »