New Horizons, la mission qui a bien failli ne jamais voir Pluton

Vue d’artiste de la sonde New Horizons. © DR
Le 1er janvier 2019, après Pluton, la sonde New Horizons survolera Ultima Thule, alias l’astéroïde 2014 MU69. Un doublé fantastique pour une mission qui a failli ne jamais exister, comme son responsable, Alan Stern, le raconte dans un livre passionnant.

Concevoir une sonde est une aventure de longue haleine, astronomes et ingénieurs du spatial le savent bien. Pour New Horizons, l’affaire a tourné à l’épopée, voire l’odyssée homérique aux multiples rebondissements. L’exploratrice de Pluton et bientôt d’Ultima Thulé, ce 1er janvier 2019, a bien failli ne jamais s’envoler vers les confins du Système solaire. Ses concepteurs, Alan Stern et David Grinspoon, racontent leur parcours semé d’embûches dans un livre bien documenté : Chasing New Horizons

La naissance d’une mission vers Pluton date de mai 1989. À cette époque, son satellite Charon et son atmosphère avaient été découverts et la lointaine planète devient scientifiquement très intéressante.

Le groupe Pluto Underground

Le jeune Alan Stern (31 ans) commence à agréger une communauté scientifique indispensable pour défendre un projet de mission. Il se rapproche notamment de Fran Bagenal, très impliquée dans le programme Voyager (qui nous a fait découvrir les planètes géantes). Non sans audace, il demande aussi à Geoff Briggs, le directeur de la division d’exploration du Système solaire de la Nasa, s’il est prêt à financer l’étude d’une sonde vers Pluton. À sa grande surprise, Brigs lui répond : « C’est une idée merveilleuse, nous devons le faire. » Fort de cette nouvelle, Alan Stern constitue un groupe informel de jeunes chercheurs, le Pluto Underground, car l’idée d’explorer Pluton était encore un peu iconoclaste à cette époque.

Dans Chasing New Horizons, Alan Stern et David Grinspoon racontent leurs tribulations
pour mener à bien une mission vers Pluton. © DR

Quatre mois plus tard, Geoff Briggs finance la première étude officielle d’une mission vers Pluton et désigne Alan Stern et Fran Bagenal comme responsables, en leur adjoignant les compétences d’un ingénieur expérimenté : Robert Farquhar. « Budgétairement, il n’y avait pas assez d’argent pour une nouvelle mission de type Voyager. […] Galileo et Cassini avaient déjà été approuvées avec un coût de plusieurs milliards pour chacune », détaillent les auteurs de Chasing New Horizons.

Fran Bragenal. DR

Il fallait donc se rabattre sur un engin plus petit. Après un an de travail, l’équipe produit Pluto 350, une sonde de 350 kg moitié plus légère que Voyager. Par la suite, ce concept va être maintes fois remis en cause, mais il est intéressant de souligner qu’il n’est pas si éloigné de ce qui deviendra (beaucoup) plus tard New Horizons. Pour le moment, sa présentation est bien accueillie.

Pour avancer, Alan Stern et Fran Bangenal ont besoin d’une approbation appelée « nouveau départ » à la Nasa. C’est-à-dire l’obtention de fonds pour réaliser la sonde. Pour ça, leur projet doit être validé par le SSES (Solar System Exploration Subcommitee).

Lors de la réunion de cette commission en février 1991, Wes Huntress, successeur de Geoff Briggs, argumente en faveur d’une mission vers Pluton, vu son intérêt pour le public et les scientifiques. Le débat est vif entre les chercheurs, mais le SSES classe finalement Pluton comme une des plus grandes priorités pour les nouvelles missions des années 1990. Cette étape ne garantit pas encore le financement, mais Huntress crée un comité scientifique chargé de suivre le développement d’une sonde vers Pluton : le Outer Planets Science Working Group (OPSWG).

Mariner Mark II Pluto : gigantisme et confusion à la Nasa

Au début des années 1990, il y a à la Nasa d’un côté une volonté de créer des missions plus légères aux objectifs plus ciblés pour permettre des lancements fréquents. Mais il y a au même moment un mouvement inverse, arguant que chaque nouvelle mission réinvente la roue et induit de ce fait des coûts inutiles. Pour l’éviter, l’idée était de développer une base standard de (grosse) sonde, connue sous le nom de Mariner Mark II. « Le concept Mariner Mark II avait le vent en poupe. […] Du coup, Wes Huntress a demandé au groupe OPSWG d’abandonner le projet Pluto 350 pour partir à la place sur [ce type de] mission géante », racontent les auteurs.

Un choix funeste. Lorsque l’étude Mariner Mark II Pluto a été achevée à la fin de 1991, le groupe OPSWG réalise que l’addition se monte à plus de 2 milliards de dollars… Et recommande à la Nasa de revenir à Pluto 350.

Pluto Fast FLyby : après l’éléphant, la souris

En l’honneur de Voyager, la poste américaine édite une série de timbres sur les planètes. Pour Pluton, le timbre indique « Not yet explored » (pas encore explorée). Un duo de jeunes chercheurs prend cela comme un défi : il s’agit de Rob Staehle et de Stacy Weinstein. Ils rêvent d’envoyer un engin minuscule de seulement 35 kg grâce aux progrès dans la miniaturisation. Ils le baptisent Pluto Fast Flyby.

Dan Goldin. © Nasa

Le Jet Propulsion Laboratory (JPL) finance l’étude. Le vaisseau très simple ne peut emporter que deux instruments scientifiques, mais en raison de son poids plume, la durée de son voyage sera plus courte que Pluto 350. Le groupe OPSWG rejette le projet, pointant le peu de retours scientifiques à attendre d’une mission si minimaliste. Déçu, Staehle se rend à l’improviste à la cérémonie des oscars.

Son but : y rencontrer Dan Goldin, nommé administrateur de la Nasa depuis le 1er avril 1992. Le mantra du nouveau patron de l’agence spatiale est : better, faster, cheaper (mieux, plus vite et moins cher). En arrivant à son poste, il a ainsi demandé à Wes Huntress d’envoyer une mission vers Pluton capable de collecter un échantillon et le retourner vers la Terre en moins d’une décennie. Les avis contraires se soldaient généralement par une mise à la porte.

Rencontre autour d’un oscar

Mais revenons à cette fameuse cérémonie à Beverly Hills. Goldin y remet une statue des oscars ayant voyagé à bord d’une navette spatiale. Staehle l’approche et le convainc que son projet peut aller sur Pluton d’ici la fin des années 1990. De retour à Washington, Goldin ordonne donc à Wes Huntress de réaliser Pluto Fast Flyby… et d’abandonner Pluton 350. « Je savais que Pluto Fast Flyby ne fonctionnerait pas. Il impliquait trop de miracles technologiques. Je savais que l’on allait passer un an ou plus à développer ce projet pour rien », regrette amèrement Alan Stern.

En moins d’un an, l’équipe de Staehle comprend d’elle-même qu’il n’était pas possible de faire une sonde de 35 kg. Elle arrivait au mieux à un peu plus de 100 kg sans aucun système de secours. Dans une seconde version, la masse de l’engin grimpe à 164 kg, soit la moitié de celle de Pluto 350, avec beaucoup moins d’objectifs scientifiques. Le coût évalué dérape de 400 millions de dollars à 1 milliard de dollars. Un cauchemar pour la communauté Pluton. Officiellement, Dan Goldin poursuit son soutien à une mission vers Pluton, mais Alan Stern est persuadé que cet épisode a discrédité le projet.

« J’aime Pluton, mais… »

Pour l’année 1994, un budget contraint oblige à annuler toute nouvelle mission vers l’extérieur du Système solaire. Après l’échec de Mars Observer en août 1993, la planète rouge est l’objectif prioritaire, avec plusieurs sondes sur le modèle « better, faster, cheaper ». À cette époque, Dan Goldin annonce à Alan Stern : « J’aime Pluton, mais j’ai un nouveau programme à financer. Vous devez tenir dans une enveloppe de 400 millions de dollars, décollage inclus. » Or, Pluton 350 est estimée de 1 milliard ; 400 millions, c’est le coût du lancement. Défi impossible…

Seule solution : faire lancer la sonde par une autre nation. Après la chute de l’Union soviétique, la Russie se retrouvait avec des fusées, mais pas de missions. Pourquoi ne pas lancer Pluton 350 avec une Proton russe ? Sans demander la permission à qui que ce soit, Alan Stern rencontre Alec Galeev, le directeur de l’Institut de recherche spatial à Moscou. Le premier rendez-vous se solde par une fin de non-recevoir. « Mais le deuxième jour, Galeev me propose : “Votre vaisseau pourrait porter une sonde russe qui se séparerait pour entrer dans l’atmosphère de Pluton, avant de s’écraser à sa surface. Si nous pouvons faire ça, je peux vous avoir une fusée Proton” », raconte Alan Stern. 

Le problème est que la loi interdit à la Nasa d’acheter des lanceurs russes. Il faut donc un troisième partenaire. En l’occurrence, l’Allemagne, intéressée pour embarquer un module qui serait largué lors de l’assistance gravitationnelle autour de Jupiter. Mais le projet capotera, car pour d’autres agences gouvernementales américaines, il n’était pas envisageable de placer dans une fusée russe une sonde équipée d’une source d’énergie nucléaire (RTG). 1996 marque ainsi un nouveau retour à la case départ…

Pluto Kuiper Express : nouvelle impasse

Fin des années 1990, une nouvelle cible de choix est apparue pour l’exploration spatiale : Europe et son océan subglaciaire. Le satellite de Jupiter est devenu la priorité de Dan Goldin, qui fixe toujours plus de contraintes aux équipes Pluton. Il leur demande même de développer une sonde sans générateur nucléaire, chose parfaitement inconcevable à cette distance du Soleil. « Je pense qu’il ne comptait jamais donner le feu vert à cette mission. Il avait toujours une nouvelle raison de reporter l’échéance. Mais je savais qu’il ne fallait pas abandonner et attendre qu’il ne soit plus là », estime Alan Stern.

Dans le même temps, les télescopes au sol font émerger la troisième région du Système solaire : la Ceinture de Kuiper. De nombreux astres sont identifiés au-delà de Neptune, montrant que Pluton n’est pas un cas isolé. Ces découvertes apportent un nouveau souffle au projet, avec Pluto Kuiper Express (PKE). Cette proposition de mission était la cinquième.

Les différents projets de missions vers Pluton, avant d’aboutir à New Horizons. Le coût Voyager est celui de la mission jusqu’en 1989.
Les sommes sont exprimées en dollars veleur 2014 © DR

PKE est piloté par le JPL. Pour bien comprendre comment fonctionne le secteur spatial aux États-Unis, il faut garder à l’esprit que le JPL est une entreprise privée avec des enjeux économiques. Par ailleurs, jusqu’ici, c’est au JPL que la Nasa a confié le développement de toutes ses grandes missions d’exploration.

Fin 1998, Wes Hundress, défenseur au long cours d’une mission vers Pluton, quitte son poste avec le regret de ne pas avoir abouti sur ce point. Ed Weiler, son successeur à la division Exploration du Système solaire de la Nasa, est bien moins concerné par cet objectif.

Il lance néanmoins un appel d’offres pour les instruments de PKE (des caméras, des spectromètres et une expérience radio d’étude de l’atmosphère). Parmi les propositions rendues au printemps 2000, celle d’Alan Stern pour un instrument combinant l’imagerie et la spectrométrie.

Pas de nouvelle mission avant 2020 !

Ed Weiler. © Nasa

À l’issue de l’appel d’offres, les experts de la Nasa découvrent avec stupeur que le JPL a créé un monstre budgétaire. Ed Weiler s’est engagé à ce que PKE ne dépasse pas les 700 millions de dollars (M$). Or, l’addition est du double…

C’est le dérapage de trop. En septembre 2000, la Nasa annule l’appel d’offres. Pis, elle stoppe toute étude liée à Pluton. « Après avoir dépensé probablement 300 M$ sur dix ans, cela équivalait à jeter tout ce travail à la poubelle. C’est comme si nous étions revenus en 1989 », se souvient Alan Stern. Pour couronner le tout, Weiler annonce que la Nasa n’envisage pas de nouvelle mission avant les années 2020 !

Cette annulation s’est suivie immédiatement d’un important mouvement de lobbying sans précédent, trop de chercheurs s’étant investis trop longtemps sur Pluton pour accepter d’en rester là. Elle est également vivement décriée dans la presse. Dans un article du Space Daily, Lou Friedman, le directeur de la Planetary Society, promet que la Nasa allait être surprise de voir à quel point Pluton — découverte par un Américain ! — est populaire.

La mécanique céleste n’attend pas

Le temps presse, pour trois raisons. Pour aller rapidement vers Pluton, il faut utiliser l’assistance gravitationnelle de Jupiter. Les prochaines occasions ont lieu entre 2002 et 2006. De plus, après son passage au périhélie de 1989, Pluton s’éloigne. Plus le lancement tarde, plus long sera le voyage. Plus grave, en s’écartant du Soleil, Pluton refroidit. Son atmosphère risque de se condenser et de disparaître à partir des années 2020. Or, l’étude de cette atmosphère est un des enjeux majeurs. Pour couronner le tout, la portion de surface visible diminue d’année en année en raison de la forte inclinaison de l’axe de Pluton.

Un mois après l’annulation de PKE, Pluton était en tête de l’ordre du jour du Solar System Exploration Subcomitee de la Nasa (le SSES). La raison principale de l’envol du coût de PKE est identifiée : le JLP a doté la sonde d’un épais blindage destiné à la protéger des radiations lors du survol de Jupiter — le même blindage que pour sa mission vers Europe, développée en parallèle. Un équipement tout à fait inutile puisque PKE doit passer bien plus loin de Jupiter…

Le SSES désapprouve l’annulation de la mission. Parallèlement, la Planetary Society a collecté 2000 lettres pour la Nasa et médiatise le moment où son directeur Lou Friedman les apporte.

Pour se sortir de ce mauvais pas, Ed Weiler consulte Tom Krimigis, directeur du département scientifique de l’Applied Physics Laboratory (APL), à l’université Johns Hopkins. L’APL est le grand concurrent du JPL, connu pour ses coûts moindres et son organisation moins pyramidale. Krimigis assure pouvoir réaliser une mission pour le tiers du coût de PKE, et dans un temps record. Dix jours plus tard, le 29 novembre 2000, Tom Krimigis produit une étude du projet qui convainc Weiler.

« Ça va être ton pire cauchemar »

Le 19 décembre 2000, un ami d’Alan Stern à la Nasa lui fait cette confidence : « Vous avez gagné la bataille, Pluton redémarre, mais ça va devenir ton pire cauchemar. » Le lendemain, Stern comprend pourquoi. Ed Weiler annonce publiquement qu’il suit la recommandation du SSES. La Nasa va tenter de trouver un opérateur capable de tout prendre en charge : les instruments, la sonde, les opérations au sol, l’étude scientifique. Les propositions doivent être déposées dans 3 mois au plus tard, le 21 mars 2001 — là où toutes les études précédentes ont pris entre 6 et 18 mois !

Tom Krimigis. DR

Dans la foulée, Stern reçoit deux appels. Un du directeur du JPL, Charles Elachi ; l’autre de Tom Krimigis pour l’APL. La demande était la même : travailler pour lui sur l’appel à projets. En retour, Alan Stern pose deux questions identiques à chacun d’eux : « Est-ce que ma proposition sera la seule que vous présenterez à l’appel d’offres ? » Puis : « Si nous gagnons, est-ce que vous pouvez promettre par écrit que vous n’abandonnerez jamais. » Chacun de ses interlocuteurs prend la nuit pour réfléchir. Krimigis répond oui aux deux questions. Pas Elachi.

Alan Stern s’entoure rapidement de personnes brillantes pour développer son projet pour l’APL. Notamment Alice Bowman, experte en pilotage, Glen Fountain, chef des ingénieurs de l’APL, Leslie Young, une postdoctorante prête à s’investir sans réserve. S’en suit une période de travail 7 jours sur 7.

Bras de fer politique

Mais la malédiction Pluton frappe à nouveau. « Début février 2001, alors que le projet était déjà bien avancé, la nouvelle administration Bush dévoile son premier budget fédéral. C’était choquant. […] L’enveloppe pour Pluton est remise à 0 », racontent les auteurs. Le financement revient à une sonde vers Europe. Une mission de toute façon assignée au JPL. Elle ne pouvait donc pas lui échapper, contrairement à celle dédiée à Pluton.

Alan Stern suspecte le JLP d’avoir manœuvré auprès de l’administration Bush pour éliminer son concurrent. Il appelle immédiatement Krimigis, dont les propos sont imagés, mais nets : « Je crois qu’il est temps de casser des jambes. » C’est exactement ce que Stern voulait entendre et la raison pour laquelle il a accepté l’offre de l’APL. Tom Krimigis sollicite Barbara Mikulski, sénatrice du Maryland où se situe l’APL. Celle-ci rappelle à la Nasa qu’en annulant la compétition pour Pluton, elle passe outre le pouvoir du Congrès américain. L’agence n’a pas eu d’autre choix que de plier, et la compétition reprend.

« Vous avez gagné, mais vous avez perdu »

Face à l’APL, quatre autres équipes sont en compétition, dont deux du JPL. C’est dans cette phase qu’Alan Stern trouve un nom à leur sonde : New Horizons. Le 6 juin 2001, alors qu’il est à Paris, il apprend que leur mission fait partie des deux finalistes. Les deux équipes ont trois mois pour affiner leurs propositions. Et le 29 novembre, la Nasa annonce — enfin ! — à Alan Stern : « Félicitations. Nous avons sélectionné New Horizons pour aller vers Pluton. »

Quelques semaines plus tard, une lettre d’Ed Weiler formalise la décision avec une longue liste de critères à respecter, notamment un lancement entre 2004 et 2006 au plus tard. En montrant ce courrier avec ses collègues, l’un d’eux avertit Stern : « Vous avez gagné, mais vous avez perdu. » En effet, développer une telle mission en seulement deux ans pour un départ en 2004, c’est du jamais vu. Même, pour 2006, le délai est un record de brièveté dans le secteur spatial, surtout avec un générateur nucléaire à bord.

Les péripéties ne s’arrêteront pas pour Alan Stern et son équipe. Elles s’enchaîneront jusqu’au 19 janvier 2006, où New Horizons s’élance de cap Canaveral vers Pluton. Un voyage de 9 ans et demi dans le froid spatial vers une planète à découvrir ; quasiment une promenade de santé au regard de la course d’obstacles qui a précédé.

 

Chasing New Horizons

Inside the Epic First Mission to Pluto

Alan Stern, David Dripsoon

Editions Picador

(en anglais)

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