La version originale de cette histoire apparaît dans Magazine Quanta.
En octobre, une fusée Falcon Heavy devrait être lancée depuis Cap Canaveral en Floride avec la mission Europa Clipper de la NASA. La mission, d’un coût de 5 milliards de dollars, vise à déterminer si Europe, la quatrième plus grande lune de Jupiter, peut abriter la vie. Mais comme Europe est constamment bombardée par un rayonnement intense créé par le champ magnétique de Jupiter, le vaisseau spatial Clipper ne peut pas orbiter autour de la Lune elle-même. Au lieu de cela, il se glissera sur une orbite excentrique autour de Jupiter et collectera des données en passant à plusieurs reprises devant Europe – 53 fois au total – avant de se retirer du pire rayonnement. Chaque fois que le vaisseau spatial orbite autour de Jupiter, sa trajectoire sera légèrement différente, ce qui lui permettra de prendre des photos et de collecter des données depuis les pôles d’Europe jusqu’à son équateur.
Pour planifier des circuits complexes comme celui-ci, les planificateurs de parcours utilisent des modèles informatiques qui calculent soigneusement le parcours, étape par étape. La planification prend en compte des centaines d’exigences de mission et s’appuie sur des décennies de recherche mathématique sur les trajectoires et sur la manière de les relier à des voyages complexes. Les mathématiciens développent actuellement des outils qui, espèrent-ils, pourront être utilisés pour créer une compréhension plus systématique de la manière dont les trajectoires sont liées les unes aux autres.
“Ce que nous avons, ce sont les calculs précédents que nous avons effectués et qui nous guident dans les calculs actuels. Mais ce n’est pas une image complète de toutes les options dont nous disposons”, a déclaré Daniel Scheeresingénieur aérospatial à l’Université du Colorado, Boulder.
“Je pense que c’était ma plus grande frustration quand j’étais étudiant”, a déclaré Dayung Koh, ingénieur au Jet Propulsion Laboratory de la NASA. “Je sais que ces voies sont là, mais je ne sais pas pourquoi.” Compte tenu du coût et de la complexité des missions vers les lunes de Jupiter et de Saturne, ne pas savoir pourquoi les orbites sont là où elles se trouvent est un problème. Et s’il existait une voie complètement différente qui permettrait d’accomplir le travail avec moins de ressources ? Comme l’a dit Koh : “Est-ce que je les ai tous trouvés ? Y en a-t-il d’autres ? Je ne peux pas le dire.”
Après avoir obtenu son doctorat à l’Université de Californie du Sud en 2016, Koh s’est intéressé à la façon dont les trajectoires peuvent être cataloguées au sein des familles. Les orbites joviennes éloignées d’Europe forment une de ces familles ; il en va de même pour les voies proches de l’Europe. Mais d’autres familles sont moins évidentes. Par exemple, pour deux corps, comme Jupiter et Europe, il existe un point intermédiaire où les effets gravitationnels des deux corps s’équilibrent pour créer des points stables. Les vaisseaux spatiaux peuvent orbiter autour de ce point même s’il n’y a rien au centre de l’orbite. Ces trajectoires forment une famille appelée trajectoires de Lyapunov. Ajoutez un peu d’énergie à une telle orbite en allumant un moteur de vaisseau spatial, et au début vous restez dans la même famille. Mais ajoutez-en suffisamment et vous passerez à une autre famille – par ex. celui qui inclut Jupiter dans ses orbites. Certaines familles de circuits peuvent nécessiter moins de carburant que d’autres, rester constamment exposées au soleil ou disposer d’autres fonctionnalités utiles.
