Rosetta est une mission spatiale de l'Agence spatiale européenne (ASE/ESA) dont l'objectif principal est de recueillir des données sur la composition du noyau de la comète 67P/Tchourioumov-Guérassimenko (surnommée « Tchouri ») et sur son comportement à l'approche du Soleil. La proportion de matière organique contenue dans ce noyau s'est avérée s'élever à 40 %. La sonde spatiale, d'une masse de trois tonnes, s'est placée en orbite autour de la comète puis, après une période d'observation de plusieurs mois, a envoyé, le 12 novembre 2014, un petit atterrisseur, Philae, se poser sur sa surface pour analyser, in situ, la composition de son sol et sa structure. Rosetta constitue un projet phare pour l'ESA, qui y a investi 1,4 milliard d'euros. Le comité scientifique européen a décidé sa construction en 1993, après l'abandon d'un projet commun avec la NASA, avec l'objectif d'améliorer notre connaissance du processus de formation du Système solaire, dont les comètes constituent des vestiges.
Rosetta est la sixième sonde spatiale à observer une comète à faible distance, mais elle est la première à se placer en orbite autour de celle-ci et à poser un atterrisseur sur son noyau. La mission représente à plusieurs titres un défi technique. La distance entre la Terre et la comète nécessite que la sonde soit autonome durant les phases critiques. L'atterrisseur doit pouvoir réussir à se poser sur un noyau cométaire dont la constitution et le comportement sont inconnus. Enfin, la sonde doit survivre, au niveau thermique et énergétique, aux grandes variations d'amplitude de l'éclairage solaire imposées par sa trajectoire.
En 2003, une défaillance du lanceur force le report du départ d'un an et l'abandon de l'objectif initial, la comète 46P/Wirtanen. Rosetta est finalement lancée par une fusée Ariane 5 G+ le 2 mars 2004 en direction de la comète 67P/Tchourioumov-Guérassimenko. Pour se placer sur une orbite identique à celle de la comète, la sonde spatiale a recours à quatre reprises à l'assistance gravitationnelle de la Terre et de Mars. Pendant son périple, la sonde spatiale survole les astéroïdes Šteins en 2008 et Lutèce le 10 juillet 2010, dont l'étude constitue un objectif scientifique secondaire de la mission. Rosetta est alors mise en sommeil, pendant 31 mois, afin de réduire la consommation d'énergie durant la phase de sa trajectoire où elle se trouve le plus loin du Soleil. La sonde spatiale est réactivée en janvier 2014 puis se place sur une orbite identique à celle de la comète, à moins de 100 kilomètres de celle-ci. Le 6 août 2014, la sonde spatiale commence les manœuvres devant la mener à son orbite finale autour de Tchourioumov-Guérassimenko, puis largue le 12 novembre le petit atterrisseur Philae, qui recueille des données pendant 3 jours. La mission de l'orbiteur se poursuit autour de la comète, qui atteint son pic d'activité au moment de son passage au plus près du Soleil, le 13 août 2015. L'agence spatiale met fin à la mission de Rosetta le 30 septembre 2016, en posant l'engin sur le sol de la comète. Bien avant son achèvement, la sonde spatiale a largement atteint ses objectifs, et elle a donné lieu à de nombreuses découvertes inédites sur la structure et la composition de la comète.
Historique des missions spatiales d'étude des comètes
Les scientifiques sont d'avis que l'étude des comètes peut fournir des indices importants sur le processus de formation et évolution du Système solaire. Les comètes sont étudiées au XXe siècle à l'aide de télescopes munis de spectromètres, qui fournissent des indices sur leur composition. Toutefois, seule une mission spatiale in situ peut permettre de connaître de manière suffisamment précise la nature de ces corps célestes. C'est le passage de la comète de Halley, en 1986, qui occasionne la première vague de missions spatiales vers les comètes. Alors que la NASA, qui fait face à de graves problèmes financiers, doit renoncer à développer une mission spatiale, l'Agence spatiale européenne (ESA) construit la sonde Giotto, qui survolera Halley, mais également la comète 26P/Grigg-Skjellerup (1996). La sonde européenne permet l'expérimentation de plusieurs techniques novatrices, notamment le passage à faible distance du noyau d'une comète. Elle est à l'origine de découvertes scientifiques importantes, comme la présence de composés organiques dans le noyau. L'étude des comètes depuis l'espace devient l'un des rares domaines de l'exploration spatiale où l'Agence spatiale européenne devance son homologue américaine, la NASA. La comète de Halley fait également l'objet d'études lors de son passage de 1986 : d'autres sondes spatiales, dont ce n'est parfois pas la mission principale, examinent la comète à plus ou moins grande distance, soit les sondes japonaises Sakigake et Suisei ainsi que les sondes soviétiques Vega 1 et Vega 2.
Au cours des deux décennies suivantes, la NASA envoie plusieurs missions spatiales destinées à l'étude des comètes. Les caractéristiques de ces missions sont très différentes :
Deep Space 1 survole la comète 19P/Borrelly en 2001 ;
Stardust, lancée en 1999, passe à proximité de 81P/Wild (comète Wild 2) en 2004 et recueille des particules provenant de la queue de la comète. Une capsule contenant les échantillons recueillis atterrit sur la Terre en 2006. La sonde effectue également, en 2011, un survol de la comète Tempel 1, qui a été percutée par Deep Impact, afin d'étudier son évolution depuis le précédent survol ;
la sonde spatiale CONTOUR, lancée en 2002, devait survoler les comètes 2P/Encke et 73P/Schwassmann-Wachmann, mais elle est victime d'une défaillance du moteur qui devait l'injecter sur sa trajectoire interplanétaire ;
Deep Impact, lancée en 2005, est contemporaine de Rosetta. Elle largue, en 2005, un impacteur de 350 kilogrammes sur la comète de 9P/Tempel (Tempel 1), soulevant plusieurs milliers de tonnes de poussière et de glace : l'analyse du noyau de la comète par des instruments embarqués et des télescopes spatiaux permet d'en déterminer la composition.
Genèse et développement du projet Rosetta
Sélection comme mission « pierre angulaire » du programme Horizon 2000
Après le succès de la mission Giotto, la communauté scientifique internationale propose en 1991 le lancement d'une mission dédiée aux comètes, dont un des objectifs est de ramener sur Terre un échantillon de noyau cométaire. En janvier 1985, les ministres des pays membres de l'ESA entérinent à Rome le premier plan scientifique à long terme de l'Agence spatiale européenne baptisé Horizon 2000. Celui-ci prévoit notamment le lancement d'ici l'an 2000 de quatre missions ambitieuses, dites « pierres angulaires », dont une mission de retour d'échantillon d'une comète. Mais le coût de cette mission, estimé à 800 millions de dollars, est trop important pour le budget dont dispose l'agence européenne.
Projet conjoint NASA / ESA avorté
Dans les années 1980, la NASA envisage également un projet analogue baptisé CNSR (Comet Nucleus Sample Return), qui doit être lancé par une fusée Titan IV. Les deux agences décident, au cours de réunions de travail qui ont lieu en juillet 1986, de regrouper leurs moyens pour développer une mission commune baptisée Rosetta. Ce nom fait référence à la pierre de Rosette qui permit à Jean-François Champollion de déchiffrer en 1822 l'écriture égyptienne hiéroglyphique. La sonde spatiale doit utiliser la nouvelle génération Mark II de la plateforme des sondes spatiales Mariner en cours de conception au centre spatial JPL. L'agence américaine fournit également les RTG et le lanceur tandis que l'ESA développe l'atterrisseur, le système de prélèvement d'échantillon du sol de la comète ainsi que la capsule ramenant celui-ci sur Terre. L'objectif est initialement la comète 73P/Schwassmann-Wachmann 3 puis, après la décision de reporter la date de lancement à 2003, la comète 67P/Tchourioumov-Guérassimenko. Le lanceur Titan devait placer Rosetta sur une orbite héliocentrique. Grâce à une manœuvre d'assistance gravitationnelle lors d'un survol de la Terre deux ans après le lancement, la sonde spatiale devait réaliser un rendez-vous avec la comète alors que celle-ci se trouvait à son aphélie au niveau de l'orbite de la planète Jupiter. Après une phase d'observation de 100 jours pour évaluer les caractéristiques de la comète et déterminer un site d'atterrissage propice, l'atterrisseur devait se poser en utilisant un radar altimètre et un radar Doppler. L'atterrisseur disposait d'une pelle pour ramasser des échantillons ainsi que d'une foreuse d'une puissance de 100 watts capable de prélever une carotte du sol à 3 mètres de profondeur. Une fois les échantillons placés dans la capsule, un étage développé par la NASA devait placer celle-ci sur une trajectoire de retour vers la Terre.