OSIRIS-REx (acronyme de Origins-Spectral Interpretation-Resource Identification-Security-Regolith Explorer) est une mission de la NASA (l'agence spatiale américaine), qui a pour objectif d'étudier l'astéroïde Bénou et de ramener un échantillon de son sol sur Terre. La sonde spatiale est lancée le 8 septembre 2016 par une fusée Atlas V 411. Bénou est un astéroïde de type Apollon, dont l'orbite croise celle de la Terre (astéroïde géocroiseur), sélectionné pour cette mission pour deux raisons : il a très peu évolué depuis la formation du système solaire et son orbite, proche de celle de la Terre, facilite son approche.
La sonde spatiale d'environ deux tonnes emporte plusieurs caméras, des spectromètres pour déterminer la composition de la surface et un altimètre destiné à dresser une carte topographique de l'astéroïde. Les données recueillies in situ doivent contribuer à améliorer nos connaissances sur le processus de formation et d'évolution du Système solaire. Mais l'objectif principal de la mission est de ramener sur Terre un échantillon de sol de l'astéroïde qui permettra, grâce à la puissance des instruments disponibles dans les laboratoires terrestres, d'isoler éventuellement les composants primordiaux du Système solaire que l'astéroïde a théoriquement préservés.
La mission OSIRIS-REx, proposée par une équipe scientifique de l'université de l'Arizona, est sélectionnée en mai 2011. C'est la troisième sonde spatiale du programme New Frontiers de la NASA, qui regroupe des missions interplanétaires de classe moyenne, dont le coût hors lancement est plafonné à 800 millions de dollars américains. La sonde spatiale, après deux années de transit, se place en orbite autour de l'astéroïde Bénou début décembre 2018. Après une phase de reconnaissance et d'étude, la sonde spatiale effectue le prélèvement des échantillons de sol de l'astéroïde (122 grammes) le 20 octobre 2020. Le retour sur Terre de la capsule contenant ces échantillons a eu lieu le 24 septembre 2023. La sonde spatiale doit alors débuter une nouvelle mission ayant pour objectif l'étude de l'astéroïde géocroiseur Apophis autour duquel elle se placera en orbite en 2029.
Les astéroïdes vestiges de la formation du système solaire
Les astéroïdes sont les témoins de la formation et de l'évolution du Système solaire à partir du nuage de gaz originel. Leur composition est pratiquement inchangée depuis leur création, contrairement à celle des autres corps du Système solaire comme les planètes. Aussi les astéroïdes contiennent-ils des informations inédites sur le processus de la formation du Système solaire, qui peuvent être révélées par l'analyse d'un échantillon de sol. Il se peut également que les astéroïdes porteurs de composés organiques et d'acides aminés aient joué un rôle décisif dans l'apparition de la vie sur la Terre, en ensemençant sa surface stérilisée par le grand bombardement tardif.
Apport d'une mission de retour d'échantillons
Une mission spatiale effectuant une étude in situ est envisageable, mais les instruments, que peut emporter un engin spatial, ont des capacités limitées, car leur masse ne peut excéder quelques dizaines de kilogrammes. Seule une mission de retour d'échantillons sur Terre permet de tirer des informations précises, grâce à la puissance des instruments des laboratoires terrestres. Au moment de la sélection de la mission OSIRIS-REx en 2011, seule la sonde spatiale japonaise Hayabusa est parvenue à rapporter un échantillon du sol d'un astéroïde (en 2010), mais la quantité prélevée est particulièrement faible et l'astéroïde étudié fait partie d'une population qui a moins bien préservé les caractéristiques du matériau à l'origine du Système solaire. Une deuxième sonde japonaise aux objectifs similaires, Hayabusa 2 est lancée en 2014. De son côté, l'agence spatiale américaine, la NASA, sélectionne la mission OSIRIS-REx en 2011 pour ramener également des échantillons de sol d'un astéroïde.
La mission OSIRIS est proposée pour la première fois à la NASA par une équipe scientifique de l'université de l'Arizona, dans le cadre du programme Discovery de 2004. Elle n'est pas sélectionnée, mais est proposée à nouveau en 2009, dans le cadre du programme New Frontiers bénéficiant d'un budget plus important. Elle est sélectionnée en 2011 et sa construction débute chez le constructeur Lockheed en 2014.
Une mission de retour d'échantillon du sol d'un astéroïde est proposée pour la première fois en 2004, par l'université de l'Arizona, en collaboration avec le constructeur Lockheed Martin Space Systems sous l'appellation OSIRIS dans le cadre de l'appel à candidature pour la 8e mission du programme Discovery. Durant la mise au point de la proposition, deux modifications cruciales interviennent. Il était prévu initialement la collecte d'échantillons du sol de deux astéroïdes, avec l'emport de deux capsules distinctes, mais la complexité de la trajectoire de retour sur Terre et le coût induit conduisent l'équipe projet à abandonner la visite d'un deuxième astéroïde. Par ailleurs, il a été décidé dès le départ de reprendre la conception de la capsule de retour d'échantillon utilisée par la sonde Stardust (lancée en 1999 et qui devait revenir sur Terre en 2011). Comme pour cette sonde spatiale, le bras porteur et le système de collecte sont contenus dans la capsule et se déplient, puis se replient après usage, dans celle-ci. Mais la nécessité d'intégrer un bras long de 2 mètres doté de 5 articulations motorisées dans une capsule de petite taille, conduisent à l'abandon de cette solution et à l'adoption du système TAGSAM détaillé plus haut dans l'article. Finalement, aucune mission n'est sélectionnée par la NASA en 2004, mais un deuxième appel d'offres est lancé l'année suivante. Le projet de mission est soumis dans une version modifiée, avec le recours à une plateforme identique à celle de 2001 Mars Odyssey et caractérisée par un panneau solaire unique et incliné. Le projet fait partie de ceux sélectionnés par la NASA pour une étude plus approfondie (phase A). En détaillant sa proposition, l'équipe projet constate que le recours à un panneau solaire unique est une erreur de conception, car la pression de radiation exercée sur celui-ci ne peut pas s'équilibrer avec la force de gravité, ce qui perturbe l'équilibre délicat de l'engin durant son séjour près de l'astéroïde. Le panneau solaire unique est abandonné au profit de deux panneaux montés symétriquement par rapport au centre de masse de la sonde spatiale. Bien que la proposition ait été appréciée par le comité de sélection, tant sur le plan scientifique que technique, le projet de mission lunaire Grail lui a été préféré.
Sélection dans le cadre du programme New Frontiers
Le programme New Frontiers, qui permet de financer des missions plus coûteuses que le programme Discovery, lance un appel à propositions en 2008. Parmi les objectifs prioritaires identifiés dans le cadre de cet appel à candidature figure le retour d'un échantillon d'astéroïde, ce qui donne toutes ses chances au projet de l'université de l'Arizona. Le nom de la proposition remaniée reçoit le suffixe REx pour le démarquer de la précédente proposition, conçue pour un budget pratiquement deux fois plus faible. La plateforme de Mars Odyssey est abandonnée au profit de la plateforme de MRO de plus grande taille. Le diamètre de l'antenne grand gain passe de 1,3 à 2 mètres, ce qui permet un débit de données plus important.
En décembre 2009, OSIRIS-REx fait partie des trois projets présélectionnées par la NASA. Les deux autres missions sont SAGE (Surface and Atmosphere Geochemical Explorer) et MoonRise, respectivement une mission d'atterrisseur sur Vénus et une sonde chargée de ramener des échantillons du pôle sud de la Lune. En janvier 2010, les missions SAGE et OSIRIS-REx franchissent la deuxième étape de la sélection. Le 25 mai 2011, la NASA annonce la sélection d'OSIRIS-REx avec une date de lancement prévisionnelle en 2016.
La mission, d'un coût de 800 millions de dollars américains, en n'incluant pas le coût du lancement, est proposée et conçue par le Laboratoire lunaire et planétaire de l'université de l'Arizona, sous la responsabilité de son directeur Michael Drake. Le centre de vol spatial Goddard de la NASA pilote le projet. La société Lockheed est chargée de construire la sonde spatiale.