Programme Explorer

Le télescope infrarouge WISE.

Le programme Explorer est un programme de l'agence spatiale américaine, la NASA dont l'objection est la réalisation de missions scientifiques à cout modéré et fréquence rapprochée. Il s'agit du programme spatiale le plus ancien de l'agence spatiale : le premier satellite de ce programme, Explorer 1, a été lancé en 1958 et est également le premier satellite artificiel américain. Cet engin mit en évidence les ceintures de Van Allen. En 2018 près de 100 missions avaient été lancés dans des domaines aussi divers que l'astronomie, l'héliophysique, l'exploration du système solaire, l'étude de la magnétosphère terrestre, la cosmologie, etc.... Si aucun n'a eu la notoriété de missions phares beaucoup plus couteuses comme Hubble, prises ensemble elles sont à l'origine du plus grand apport scientifique du programme spatial américaine. Le programme Explorer est géré par le centre de vol spatial Goddard de la NASA. Il continue en 2018 à être à l'origine de nouveaux satellites scientifiques (en moyenne un par an).

Les différentes catégories de missions Explorer

Les missions Explorer regroupent des missions scientifiques aux objectifs très variés (étude de la haute atmosphère terrestre, de la magnétosphère, de l'espace interplanétaire, du Soleil, astronomie, géodésie) et qui sont caractérisées par un coût réduit. Toutefois, certains satellites de la NASA ayant ces caractéristiques ne font pas partie de cette série.

Les missions Explorer sont depuis 1992 classées dans plusieurs catégories qui sont déterminées par leur coût et l'implication de la NASA :

• Medium-class Explorers (MIDEX) regroupe des missions dont le coût, lancement et exploitation compris, ne doit pas dépasser 180 M$, tel que WISE.
• Small Explorers (SMEX) regroupe des missions dont le coût, lancement et exploitation compris, ne doit pas dépasser 120 M$. Par exemple le télescope à rayons X NuSTAR
• University-class Explorers (UNEX) / STEDI rassemble des missions dont le coût, lancement et exploitation compris, ne doit pas dépasser 15 M$, comme le microsatellite CHIPS.
• Explorer (EX) regroupe des missions dont le coût sans le lancement ne doit pas dépasser 200 millions US $ (2011). Par exemple, TESS.
• Missions of Opportunity (MO) regroupe des participations scientifiques à des missions qui ne sont pas placées sous la responsabilité de la NASA. Celle-ci fournit par exemple un des instruments du télescope spatial japonais ASTRO-H. Le montant de l'investissement de la NASA sur une MO est plafonné à 35 M$.
• Internationals comme INTEGRAL

Historique

Début du programme

Pour l'Année géophysique internationale de 1958, l'Union soviétique et les États-Unis décident de développer chacune de leur côté un lanceur destiné à placer le premier satellite artificiel en orbite. Les américains ont choisi de construire un nouveau lanceur dans le cadre du projet Vanguard de la Marine de guerre américaine, mais celui-ci accumule les échecs et l'Union soviétique prend la tête de la Course à l'espace en mettant en orbite Spoutnik 1 le 4 octobre 1957. L’équipe de Wernher von Braun, qui travaillait sur un missile à moyenne portée pour l'Armée de Terre américaine et avait proposé de le transformer en lanceur, obtint le feu vert pour développer celui-ci. Un petit satellite de 13,97 kilogrammes est rapidement développé par le Jet Propulsion Laboratory qui embarque notamment un compteur Geiger. Explorer 1 est lancé le 1^er février 1958 et découvre la Ceinture de Van Allen. Plusieurs petits satellites scientifiques sont développés et lancés sous l'appellation Explorer par l'Armée de Terre avant que la NASA ne soit créée le 1^er octobre 1958 et ne prenne la suite.

Évolution du programme jusqu'à nos jours

Depuis ses débuts, près d'une centaine d'engins rattachés à ce programme ont été lancés (fin 2018). Il s'agit de la la plus longue série de missions de l'histoire spatiale puisque les missions rattachées à ce programme continuent à être budgétées courant 2018. La fabrication des premiers satellites Explorer était souvent confiée au Centre de recherche Langley ou au centre de vol spatial Goddard de la NASA. Par la suite, elle a été souvent prise en charge par des universités ou des entreprises externes. Le programme Explorer est géré par le Centre de vol spatial Goddard. Courant 2017 13 missions étaient encore opérationnelles.

On peut décomposer l'histoire du programme Explorer en quatre phases :

• Durant la première période (missions Explorer 1 à Explorer 5) les missions sont développées de manière prioritaire pour répondre à l'avance prise par l'Union soviétique avec le lancement du premier satellite artificiel Spoutnik 1. A l'époque il est géré par les militaires.
• A partir de Explorer 6 et jusqu'à Explorer 55 : le programme spatial est désormais confié à la NASA, qui prend le relais des militaires. L'agence spatiale développe de nombreuses missions scientifiques à faible cout lancées à un rythme élevé.
• Au cours de la troisième période, le nombre de missions se raréfie dans un contexte de budgétaire très défavorable lié au coût de développement de la navette spatiale américaine, à l'emphase mise sur les missions scientifiques à cout élevé et à la baisse drastique du budget spatial décidé par le président Nixon. Les quelques missions développées sont toutefois de taille nettement plus importantes que durant la période précédente. Aucune mission Explorer n'est lancée durant cette période au cours des années 1980, 1982, 1983, 1985-1988, 1990, 1991, 1993, 1994.
• La mise en place de la politique du faster, better, cheaper dans la première moitié des années 1990 redonne vie au programme sans toutefois renouer avec la fréquence des lancements de la première décennie. Désormais les satellites ne sont plus développés au sein de l'agence mais donnent lieu à un appel d'offres dans le but de confier leur réalisation à des universités ou des sociétés. Les budgets alloués à la mission rentrent dans des contraintes précises : SMEX, MIDEX, etc... La première mission inaugurant cette nouvelle phase est Solar Anomalous and Magnetospheric Particle Explorer (SAMPEX) lancée en 1992.

Missions programmées pour 2022

En aout 2017 la NASA annonce qu'elle a pré-sélectionné trois propositions de missions de type MIDEX et trois Missions of Opportunity (MO). Les équipes de ces projets vont bénéficier chacun d'un budget (2 millions de dollars américains pour chaque mission SMEX et 500 000 dollars pour les MO) afin de mener à bien une étude de conception sur 9 mois. La NASA sélectionnera en 2019 sur la base de ces travaux une mission de chaque type pour un lancement au plus tôt en 2022. Le budget d'une mission SMEX est limité à 250 millions de dollars tandis que une MO bénéficie d'une budget de 70 millions de dollars.

Les missions SMEX sont des observatoires spatiaux :

• Arcus (Exploring the Formation and Evolution of Clusters, Galaxies and Stars) a pour objectif d'étudier les étoiles, les galaxies et les amas de galaxies en spectroscopie rayons X à haute résolution afin d'observer les interactions entre ces objets ainsi que le gaz qui les entoure dont la température est porté à des millions de degrés.
• FINESSE ('Fast INfrared Exoplanet Spectroscopy Survey Explorer) doit étudier les processus qui conduisent à la formation des planètes et de leur climat ainsi que les mécanismes qui déterminent la composition chimique et la forme de leur atmosphère. A cet effet il utilise la spectroscopie en lumière visible et proche infrarouge pour observer l'atmosphère de 500 exoplanètes allant du type super-Terre aux géantes gazeuses.
• SPHEREx (FSpectro-Photometer for the History of the Universe, Epoch of Reionization, and Ices Explore) observera l'ensemble du ciel en proche infrarouge pour étudier l'origine de l'univers et observer l'origine et l'évolution des galaxies et déterminer sur certaines planètes hébergent la vie.

Les trois Missions of Opportunity sont  :

• COSI-X (Compton Spectrometer and Imager Explorer)
• ISS-TAO (ransient Astrophysics Observer on the International Space Station)
• CASE (Contribution to ARIEL Spectroscopy of Exoplanets).

Nomenclature

L'appellation Explorer ne résulte pas d'un choix des concepteurs des premiers satellites de la série mais est l'appellation donnée par le président des Etats-Unis au premier premier engin de la série une fois celui-ci en orbite. Cette appellation est officialisée lorsque la NASA reprend le programme initialement géré par les militaires c'est à dire à partir d'Explorer 6. Le centre de vol spatial Goddard, établissement de la NASA en charge du programme, désignait les premiers Explorer qu'elle a conçu en leur attribuant un chiffre précédé de S (comme scientifique). Parfois une lettre minuscule ou majuscule suivait ce nombre (par exemple S56a pour Explorer 9). Peu après des appellations particulières ont été associées aux missions en fonction de leurs objectifs (par exemple AE pour Atmospheric Explorer) suivi d'une lettre correspondant à un numéro d'ordre au sein de cette sous série (par exemple IMPA, IMPB, IMPC, ...). Ce système de désignation et celui avec un préfixe S ont coexisté quelques années. Pour rendre les choses encore plus compliquées, des missions initiées par d'autres établissements ont été intégrées dans le programme Explorer durant cette période en conservant leur désignation d'origine (Injun, Solrad). Le numéro d'ordre qui était par ailleurs utilisé en association avec le nom du programme (Explorer 12) cesse d'être utilisé de manière officielle à partir d'Explorer 55 en 1975. Le nom du programme est toutefois rappelé dans la désignation de la mission qui se termine généralement par E ou EX (FUSE, GALEX) mais il y a de nombreuses exceptions .

Liste des missions Explorer passées et planifiées

Missions Explorer

N°	Désignation	Date lancement	Lanceur	Fin	Masse	Domaine	Description	Classification	Commentaire	Identifiant COSPAR
1	Explorer 1	1er février 1958	Juno	23 mai 1958	14 kg		Détecte les Ceintures de radiations de Van Allen			1958-001A
2	Explorer 2	5 mars 1958	Juno		15 kg				Échec du lancement
3	Explorer 3	26 mars 1958	Juno	27 juin 1958	14 kg		Étude des particules énergétiques			1958-003A
4	Explorer 4	26 juillet 1958	Juno	5 octobre 1958	26 kg		Étude des particules énergétiques lors d'essais nucléaires dans l'espace			1958-005A
5	Explorer 5	24 août 1958	Juno						Échec lancement
--		22 octobre 1958	Juno						Échec au lancement, dernier vol du lanceur Juno I
--	S-1	16 juillet 1959	Juno			Magnétosphère			Échec lancement
6	S-2	7 août 1959	Thor-Able		64 kg		Étude de la magnétosphère			1959-004A
7	S-1	13 octobre 1959	Juno II	24 aout 1961	42 kg	Magnétosphère	Étude des particules énergétiques			1959-009A
--	S-46, S-1A	23 mars 1960	Juno II			Géodésie			Échec lancement
8	S-56	3 novembre 1960	Juno II		51 kg	Ionosphère	Mesure de la composition atmosphérique de l'ionosphère			1960-014A
--	S-56	4 décembre 1960							Échec lancement
9	S-56a	16 février 1961	Scout-X1		7 kg	Atmosphère et sciences de la Terre	Mesure de la densité atmosphérique			1961-004A
--	S-45	24 février 1961				Astronomie	Étude du Soleil		Échec lancement
10	P-14	25 mars 1961	Juno II	27 mars 1961	79 kg	Plasmas et champs magnétiques	Étude du champ magnétique entourant la Terre			1961-010A
11	S-15	27 avril 1961	Juno II		40 kg	Astronomie	Astronomie Gamma			1961-013A
--	S-45a	25 mai 1961	Juno II				Astronomie	Étude du Soleil		Échec lancement
--	S-55	30 juin 1961	Scout X1				Atmosphère et sciences de la Terre			Échec lancement
12	EPE A	16 août 1961	Delta		38 kg	Particules énergétiques	Étude des particules énergétiques			1961-020A
13	S-55a	25 août 1961	Scout X1		86 kg	Atmosphère et sciences de la Terre	Étude des micrométéorites			1961-022A
14	EPE B	2 octobre 1962	Delta-A		40 kg	Particules énergétiques	Étude des particules énergétiques			1962-051A
15	EPE C	27 octobre 1962	Delta-A		45 kg	Particules énergétiques	Étude des particules énergétiques			1962-059A
16	S-55b	16 décembre 1962	Scout-X3		100 kg	Atmosphère et sciences de la Terre	Étude des micrométéorites			1962-070A
17	AE A	3 avril 1963	Delta-B		185 kg	Atmosphère et sciences de la Terre	Étude de l'atmosphère			1963-009A
18	IMP A	27 novembre 1963	Delta-C		62 kg	Atmosphère et sciences de la Terre	Étude de la magnétosphère			1963-046A
19	AD A	19 décembre 1963	Scout-X4		7 kg		Mesure de la densité atmosphérique			1963-053A
	BE A / S 66	19 mars 1964	Delta-B		44 kg				Echec au lancement
20	IE A	25 août 1964	Scout X4		44 kg		Étude de l'ionosphère			1964-051A
21	IMP B	4 octobre 1964	Delta-C		62 kg		Étude de la magnétosphère			1964-060A
22	BE B	10 octobre 1964	Scout-X4		52 kg		Étude de l'ionosphère et de la géodésie			1964-064A
23	Explorer 23	6 novembre 1964	Scout-X4		134 kg	Atmosphère et sciences de la Terre	Étude des micrométéorites			1964-074A
24	AD B	21 novembre 1964	Scout-X4		9 kg	Atmosphère et sciences de la Terre	Mesure de la densité atmosphérique			1964-076A
25	Injun 4 (en) (IE B)	21 novembre 1964	Scout-X4		40 kg		Étude de l'ionosphère			1964-076B
26	EPE D	21 décembre 1964	Delta-C		46 kg	Particules énergétiques	Observation des particules de haute énergie			1964-086A
27	IMP C	29 avril 1965	Scout-X4		60 kg		Étude de la magnétosphère			1965-032A
28	IMP C	29 mai 1965	Delta-C		58 kg		Étude de la magnétosphère			1965-089A
29	GEOS A	6 novembre 1965	Delta-E		175 kg	Atmosphère et sciences de la Terre	Surveillance de la géodésie terrestre			1965-089A
30	Solrad 8 (SE A)	19 novembre 1965	Scout-X4		57 kg	héliophysique et physique spatiale	Surveillance des radiations solaires			1965-093A
31	DME A	29 novembre 1965	Thor Agena		99 kg		Étude de l'ionosphère			1965-098B
32	AE B (en)	25 mai 1966	Delta-C1		225 kg	Atmosphère et sciences de la Terre	Étude de l'atmosphère			1966-044A
33	IMP D	1er juillet 1966	Delta-E1		57 kg	héliophysique et physique spatiale	Étude de la magnétosphère			1966-058A
34	IMP F	24 mai 1967	Delta-E1		75 kg		Étude de la magnétosphère			1967-051A
35	IMP E	19 juillet 1967	Delta-E1		67 kg	héliophysique et physique spatiale	Étude de la magnétosphère			1967-070A
36	GEOS B	11 janvier 1968	Delta-E1		209 kg	Atmosphère et sciences de la Terre	Étude de la géodésie terrestre			1968-002A
37	Solrad 9 (SE B)	5 mars 1968	Scout-B		119 kg	héliophysique et physique spatiale	Surveillance des radiations solaires			1968-017A
38	RAE A	4 juillet 1968	Delta-J		189 kg	Astronomie	Astronomie radio			1968-055A
39	AD C	8 août 1968	Scout-X4		9 kg	Atmosphère et sciences de la Terre	Mesure de la densité atmosphérique			1968-066A
40	Injun 5 (IE C)	8 août 1968	Scout-X4			70 kg	Étude de la magnétosphère			1968-066BA
41	IMP G	21 juin 1969	Delta-E1			174 kg	Étude de la magnétosphère			1969-053A
42	SAS A	12 décembre 1970	Scout-B		143 kg	Astronomie	Astronomie X			1970-107A
43	IMP H	13 mars 1971	Delta-M6		288 kg		Étude de la magnétosphère			1971-019A
44	Solrad 10 (SE C)	8 juillet 1971	Scout-B		119 kg	héliophysique et physique spatiale	Surveillance des radiations solaires			1971-058A
45	SSS A	15 novembre 1971	Scout-B		52 kg		Étude de la magnétosphère			1971-096A
46	MTS A	13 août 1972	Scout-D1		136 kg	Atmosphère et sciences de la Terre	Étude des micrométéorites			1972-061A
47	IMP I	23 septembre 1972	Delta-1604		266 kg		Étude de la magnétosphère			1972-073A
48	SAS B	15 novembre 1972	Scout-D1		174 kg	Astronomie	Astronomie X			1972-091A
49	RAE B	10 juin 1973	Delta-1913		200 kg	Astronomie	Astronomie radio			1973-039A
50	IMP J	26 octobre 1973	Delta-1604		272 kg		Étude de la magnétosphère			1973-078A
51	AE C	16 décembre 1973	Delta-1900		658 kg	Atmosphère et sciences de la Terre	Étude de l'atmosphère			1973-101A
52	Injun 6 (en) (IE D)	3 juin 1974	Scout-E1		52 kg		Étude de la magnétosphère			1974-040A
53	SAS C	7 mai 1975	Scout-F1		181 kg	Astronomie	Astronomie X			1975-037A
54	AE D	6 octobre 1975	Delta-2910		676 kg	Atmosphère et sciences de la Terre	Étude de l'atmosphère			1975-096A
55	AE E	20 novembre 1975	Delta-2910		721 kg	Atmosphère et sciences de la Terre	Étude de l'atmosphère			1975-107A
-	Air Density Explorer	5 décembre 1975	Scout-F1			Atmosphère et sciences de la Terre	Étude de la haute atmosphère		Échec lancement
56	ISEE-1	22 octobre 1977	Delta-2914		340 kg		Étude de la magnétosphère			1977-102A
57	IUE	26 janvier 1978	Delta-2914		470 kg	Astronomie	Astronomie ultraviolet			1978-012A
58	HCMM	26 avril 1978	Scout-D1		134 kg	Atmosphère et sciences de la Terre	Cartographie thermique de la Terre			1978-041A
59	ISEE-3 (ICE)	12 août 1978	Delta-2914		479 kg	héliophysique et physique spatiale	Étude de la magnétosphère			1978-079A
60	SAGE	18 février 1979	Scout-D1		147 kg	Atmosphère et sciences de la Terre	Collecte de données sur les aérosols dans la stratosphère			1979-013A
61	Magsat	30 octobre 1979	Scout-G1		181 kg	Atmosphère et sciences de la Terre	Cartographie du champ magnétique terrestre près de la surface			1979-094A
62	DE 1	3 août 1981	Delta-3913		424 kg		Étude de la magnétosphère			1981-070A
63	DE 2	3 août 1981	Delta-3913		403 kg		Étude de la magnétosphère			1981-070B
64	SME	6 octobre 1981	Delta-2310		437 kg	Atmosphère et sciences de la Terre	Étude de l'atmosphère			1981-100A
65	CCE	16 août 1984	Delta-3924		240 kg		Étude de la magnétosphère			1984-088A
66	COBE	18 novembre 1989	Delta-5920		2 206 kg	Astronomie	Astronomie micro-onde			1989-089A
67	EUVE	7 juin 1992	Delta II 6920		3 280 kg	Astronomie	Astronomie ultra-violette			1992-031A
68	SAMPEX	3 juillet 1992	Scout-G1		158 kg		Étude de la magnétosphère	SMEX		1992-038A
69	RXTE	30 décembre 1995	Delta II 7920		2 955 kg	Astronomie	Astronomie X	MIDEX		1995-074A
70	FAST	21 août 1996	Pegasus-XL		162 kg		Étude des aurores boréales	SMEX		1996-049A
71	ACE	25 août 1997	Delta II 7920		752 kg	héliophysique et physique spatiale	Étude des particules solaires, interplanétaires et interstellaires	MIDEX		1997-045A
72	SNOE	26 février 1998	Pegasus-XL		115 kg	Atmosphère et sciences de la Terre	Étude de l'atmosphère	SMEX		1998-012A
73	TRACE	2 avril 1998	Pegasus-XL		250 kg	héliophysique et physique spatiale	Observation solaire	SMEX		1998-020A
74	SWAS	6 décembre 1998	Pegasus-XL		282kg	Astronomie	Astronomie sub-millimétrique			1998-071A
75	WIRE	5 mars 1999	Pegasus-XL		187 kg	Astronomie	Astronomie infrarouge		Échec fuite du réfrigérant	1999-011A
76	TERRIERS	18 mai 1999	Pegasus-XL HARPS		125 kg		Étude de l'atmosphère		Tombe en panne peu après son lancement	1999-026A
77	FUSE	23 juin 1999	Delta II 7320		1130 kg	Astronomie	Astronomie ultra-violette	MIDEX		1999-035A
78	IMAGE	25 mars 2000	Delta II 7326		494 kg		Étude de la magnétosphère	MIDEX		2000-017A
79	HETE-2	9 octobre 2000	Pegasus-H		124 kg	Astronomie	Astronomie UV, X et gamma	MO		2000-061A
80	WMAP	30 juin 2001	Delta II 7425		840 kg	Astronomie	Astronomie micro-onde	MIDEX		2001-027A
81	RHESSI	5 février 2002	Pegasus-XL		304 kg	héliophysique et physique spatiale	Imagerie X et gamma des éruptions solaires	SMEX		2002-004A
82	CHIPSat	13 janvier 2003	Delta II 7320		60 kg	Astronomie	Astronomie et spectroscopie ultra-violettes	UNEX		2003-002B
83	GALEX	28 avril 2003	Pegasus-XL		280 kg	Astronomie	Astronomie ultra-violette	SMEX		2003-017A
84	SWIFT	20 novembre 2004	Delta II 7320		1470 kg	Astronomie	Astronomie gamma	MIDEX		2004-047A
85	THEMIS A	17 février 2007	Delta II 7925		125 kg	héliophysique et physique spatiale	Recherche magnétosphérique	MIDEX		2007-004A
86	THEMIS B	17 février 2007	Delta II 7925		125 kg	héliophysique et physique spatiale	Recherche magnétosphérique	MIDEX		2007-004B
87	THEMIS C	17 février 2007	Delta II 7925		125 kg	héliophysique et physique spatiale	Recherche magnétosphérique	MIDEX		2007-004C
88	THEMIS D	17 février 2007	Delta II 7925		125 kg	héliophysique et physique spatiale	Recherche magnétosphérique	MIDEX		2007-004D
89	THEMIS E	17 février 2007	Delta II 7925		125 kg	héliophysique et physique spatiale	Recherche magnétosphérique	MIDEX		2007-004E
90	AIM	25 avril 2007	Pegasus-XL		197 kg	Atmosphère et sciences de la Terre	Observation des nuages noctulescents	SMEX		2007-015A
91	IBEX	19 octobre 2008	Pegasus-XL		107 kg	Astronomie	Observation des limites de l'héliosphère	SMEX		2008-051A
92	WISE	14 décembre 2009	Delta II 7320		681 kg	Astronomie	Astronomie infrarouge	MIDEX		2009-071A
93	NuSTAR	13 juin 2012	Pegasus-XL		360 kg	Astronomie	Astronomie rayons X durs	SMEX		2012-031A
94	IRIS	28 juin 2013	Pegasus-XL		167 kg	Astronomie	Observatoire solaire dans l'ultraviolet	SMEX		2013-033A
95	GEMS	2014 (prévue)			Astronomie	Astronomie rayons X	SMEX	Mission annulée
96	NICER	3 juin 2017			372 kg		Spectroscopie rayons X mous	MO	instrument monté sur la poutre de la Station spatiale internationale
97	GOLD	25 janvier 2018			37 kg		Étude de l'ionosphère et de la thermosphère	MO	instrument embarqué à bord d'un satellite géostationnaire
98	TESS	18 avril 2018	Falcon 9		350 kg	Astronomie	Détection d'exoplanètes	EX		2018-038A
-	ICON	octobre 2018		300 kg		Étude de l'ionisphère terrestre	EX
-	IXPE	2020			Astronomie	Astronomie rayons X

Notes et références

Bibliographie

• (en) Brian Harvey, Discovering the cosmos with small spacecraft, Springer Praxis, 2018 (ISBN 978-3-319-68138-2)
  Histoire du programme Explorer.

Voir aussi

Articles connexes

• NASA
• Centre de vol spatial Goddard
• Programme Discovery autre programme de la NASA dédiée aux missions scientifiques à faible coût

Liens externes

• (en) Site officiel de la NASA consacré au programme Explorer
• (en) Les missions Explorer lancées par les fusées Juno 1 et Juno 2.
• (en) Brochure de la NASA publiée pour les 40 ans du programme Explorer