Venus Express est une mission spatiale d'exploration du système solaire de l'Agence spatiale européenne (ESA) ayant pour objectif l'étude de la planète Vénus. La sonde spatiale Venus Express lancée en novembre 2005 s'est placée en avril 2006 sur une orbite très allongée de 24 heures autour de la planète. Elle a alors commencé à collecter des données détaillées sur sa structure, sa chimie et la dynamique de son atmosphère. Elle utilise à cet effet une combinaison d'instruments scientifiques comprenant un spectromètre, un spectro-imageur et une caméra fonctionnant dans des longueurs d'onde allant de l'ultraviolet à l'infrarouge thermique ainsi qu'un analyseur de plasma et un magnétomètre.
Venus Express a été développée dans le cadre du programme spatial scientifique de l'ESA Horizon 2000+. La réutilisation de la plateforme mise au point pour Mars Express et d'instruments existants a permis de construire très rapidement la sonde spatiale à un coût modéré. Venus Express est la première mission d'exploration de l'ESA portant sur cette planète et la première à la visiter depuis le programme Magellan en 1994. La mission d'une durée initiale de 500 jours a été prolongée à quatre reprises et s'est achevée le 16 décembre 2014. Les instruments de la sonde spatiale ont fourni de nombreux résultats scientifiques.
Au début de l'ère spatiale, les caractéristiques de la planète, dont la surface est masquée par une épaisse couche de nuages, sont pratiquement inconnues. C'est la première planète vers laquelle une sonde spatiale est lancée : l'Union soviétique développe au cours des années 1960 et 1970 une série d'engins de différents types (orbiteurs, atterrisseurs, ballons) dans le cadre du programme Venera. Après une série d'échecs entre 1961 et 1965, ceux-ci vont progressivement dévoiler la structure de l'atmosphère et certaines caractéristiques du sol vénusien. Venera 8 fournit les premières données depuis le sol. Les orbiteurs Venera 15 et Venera 16 dressent une première carte de la surface de la planète à l'aide d'un radar capable de percer la couche nuageuse. Le programme Vega en 1985 constitue un prolongement du programme Venera.
La NASA réussit de son côté en 1962 le premier survol de la planète dans le cadre de la mission Mariner 2 qui révèle la température infernale du sol (plus de 400 °C) et l'absence de champ magnétique. Plusieurs autres missions du programme Mariner sont consacrées à la planète dans les années 1960 et 1970. Après une longue absence, la NASA revient visiter Vénus avec la mission Magellan lancée en 1989 qui utilise le premier radar à synthèse d'ouverture lancé dans l'espace afin de cartographier le sol de la planète. Par la suite, plusieurs missions en route vers leur destination finale survolent la planète mais plus aucune mission ne lui est entièrement consacrée.
L'Agence spatiale européenne (ESA) décide en mars 2001 d'utiliser une copie de la plateforme de la sonde spatiale Mars Express pour développer une nouvelle mission d'exploration du système solaire à faible coût en se fixant comme objectif un lancement en 2005. Cette mission s'inscrit dans le cadre du programme spatial scientifique de l'ESA Horizon 2000+. Un appel à idées est lancé auprès de la communauté scientifique. Parmi les propositions, trois projets sont présélectionnés :
Venus Express qui utilise des instruments scientifiques développés pour Mars Express et Rosetta dans le but d'étudier la planète Vénus depuis son orbite ;
Cosmic DUNE (Dust Near Earth) utilise des instruments de Giotto, Vega, Cassini-Huygens et Stardust pour étudier la poussière interplanétaire et interstellaire sur une orbite autour du point de Lagrange L2 ;
SPORT Express mesure la polarisation du fond diffus cosmologique afin de compléter les résultats fournis sur le même sujet par les observatoires spatiaux Planck et WMAP (NASA).
Le comité scientifique de l'agence spatiale sélectionne Venus Express. Le projet démarre en juillet 2002 mais son financement n'est entièrement bouclé par les pays participants qu'en novembre 2012.
L'objectif est de mener les développements très rapidement de manière à livrer Venus Express en juin 2005 et à la lancer en novembre 2005. Les principaux industriels sont Astrium, Alenia Space et Contraves. Sept instruments sont sélectionnés mais un radar destiné à sonder les structures géologiques de Vénus jusqu'à une profondeur de 1 à 2 km n'est pas retenu pour des raisons budgétaires. Le seul instrument nouveau est une caméra destinée à étudier la structure des nuages. Pour recevoir les données de Venus Express, une nouvelle antenne parabolique de grande taille est construite par l'ESA à Cebreros (Espagne). L'orbite de la sonde spatiale autour de Vénus, d'une durée de 24 heures, est conçue de manière à avoir en visibilité chaque jour la nouvelle station de réception durant 10 heures. L'intégration du satellite débute en avril 2004 et les tests s'achèvent en juillet 2005.
Outre la plateforme copie de celle de Mars Express avec quelques modifications, Venus Express utilise des instruments scientifiques de la mission Rosetta et de la mission Mars Express. Grâce à cette réutilisation de composants existants, le développement de la sonde ne dure que 33 mois et son coût est particulièrement faible. Le budget total de la mission s'élève à 220 millions d'euros (dont 35 millions pour le lancement, 82,4 millions pour la maîtrise d'œuvre et 23 millions pour les instruments scientifiques) en incluant 500 jours de suivi en opérations. 197 millions d'euros sont à la seule charge de l'ESA. Il s'agit de la mission d'exploration du système solaire la moins coûteuse jamais développée par l'ESA. Son budget est même inférieur à celui des missions à bas coût du programme Discovery de la NASA.
Les objectifs scientifiques de Venus Express sont les suivants :
étude de la circulation atmosphérique : vitesse de rotation, mécanismes de circulation générale ;
rôle de l'effet de serre sur l'évolution passée de la planète et son incidence sur son évolution ;
étude de l'activité tectonique et volcanique présente ;
origines de la divergence entre l'évolution de la Terre et celle de Vénus.
L'architecture de la sonde spatiale Venus Express dérive de celle de la sonde martienne Mars Express. Certaines caractéristiques ont été modifiées pour résister à l'environnement spatial de Vénus : la planète se situant deux fois plus près du Soleil que Mars, la sonde reçoit un rayonnement thermique quatre fois plus important que son homologue martien, les radiations sont nettement plus intenses et la luminosité reçue par ses panneaux solaires est plus forte. L'équipement électrique, le contrôle thermique, les communications et les panneaux solaires ont donc été modifiés en conséquence.
D'une masse totale au lancement de 1 270 kilogrammes, Venus Express se présente sous la forme d'une structure en aluminium en nid d'abeille de 1,65 mètre de long par 1,7 mètre de large et 1,4 mètre de haut. De chaque côté sont placés deux panneaux solaires assurant l'alimentation en électricité d'une superficie totale de 5,71 m2 fournissant 800 watts au niveau de la Terre et 1 100 watts au niveau de Vénus. L'antenne grand gain pour les communications avec la Terre se trouve sur un autre côté. Pour résister au flux d'énergie solaire qui est quatre fois plus important dans l'orbite de Vénus que celle de Mars, la sonde doit maintenir la température interne aux environs de 20 à 25 °C. La sonde spatiale dispose d'un propulseur principal de 415 newtons de poussée et plusieurs petits propulseurs utilisés pour les corrections d'orbite et le contrôle de l'orientation. Venus Express est stabilisé trois axes. Tout comme pour Mars Express, l'intégrateur est la société européenne EADS Astrium.