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Depuis lAntiquité, Mars nous fascine. À plusieurs époques et pour différentes raisons, on a imaginé que la planète rouge recelait de la vie... intelligente. Cette petite planète a ainsi donné naissance aux "martiens ", un mythe qui perdure malgré tout ce que lon a appris depuis. La conquête de Mars offre aujourdhui encore un vif intérêt, puisquelle semble devoir être la seule planète sur laquelle nous y installerons un jour une colonie. En outre, on a découvert à lété de 1996 que cette planète aurait été jadis le théâtre dune vie très primitive.
Mars orbite le Soleil à quelque 225 millions de kilomètres (alors que la Terre le fait à 150 mkm). Il faut par conséquent une dizaine de mois pour latteindre, en parcourant une demi-orbite autour du Soleil. (Dans lespace, on ne se déplace jamais en ligne droite, mais toujours selon des trajectoires courbes.)
Depuis une quarantaine dannées, trois douzaines de sondes-robots ont visé la planète rouge. Les Soviétiques ont lancé une vingtaine de sondes Mars et Zond (en camouflant les échecs), alors que les Américains ont opéré des Mariners et des Viking. Mais cette exploration a donné lieu à un nombre impressionnant déchecs, puisque près des deux-tiers de ces sondes ont échoués ! Ces dernières années, les sondes Mars Observer et Mars 96 ont été des échecs retentissants.
Lexploration se poursuit néanmoins, puisque plusieurs projets sont en préparation. Mars continue donc sans relâche de nous fasciner...

Mars Pathfinder a été lancée le 2 décembre 1996 par une fusée Delta II 7925. Ce petit
engin
de 850 kg est parti avec un mois de retard sur la sonde Mars Global Surveyor, mais il est
arrivé bien avant sa compagne, au terme d'un voyage de 7 mois. Le 4 juillet 1997 à
19h07 heure française, la sonde (qui ne pesait pas plus que 280 kg) s'est posée sur
Mars, 20 ans après les atterrisseurs des sondes Viking ! La particularité de la mission
Pathfinder, c'est que l'atterrissage n'a pas nécessité une mise en orbite autour de la
planète (rentrée directe dans l'atmosphère). De plus, c'est la première fois qu'un
robot se déplace sur la surface de Mars.
Ares Vallis

Sojourner
Le Japon a lancé sa première sonde martienne, surnommée Nozomi (Espoir), depuis le site de Kagoshima le 4 juillet 1998. Elle s'est élancée vers Mars le 21 décembre 1998. Malheureusement, la mise sur trajectoire s'est mal déroulée, consommant beaucoup trop de carburant.Planet-B Nozomi a donc été placé sur une orbite autour du Soleil et n'atteindra pas Mars avant décembre 2003. La mission qui commencera avec 4 ans de retard sur le programme prévu, devrait durer au moins une année martienne (deux années terrestres) et apporter de nouvelles informations sur la composition de la haute atmosphère, les effets du vent solaire et le champ magnétique.
Lancée le 7 novembre 1996, Mars Global Surveyor a emporté à son bord une caméra et cinq instruments. Elle est chargée d'une mission d'inventaire de 687 jours (une année martienne) : carte complète des reliefs martiens, relevé photographique de la surface, inventaire des minéraux présents au sol. Elle s'est placé en orbite autour de Mars le 11 septembre 1997. Après de délicates manoeuvres d'aérofreinage, la sonde s'est stabilisée sur son orbite de travail, située à 450 km d'altitude, au début du mois de février 1999.
La mission Mars
Surveyor 98 a pour thème principal l'eau et tourne autour de trois points importants :
l'eau en tant qu'élément indispensable pour l'apparition de la vie telle que nous la
connaissons, l'eau dans le climat martien et l'eau en tant que ressource essentielle pour
les futures missions habitées à destination de la planète rouge.
Un des plus grands mystères que la planète rouge nous offre concerne l'existence de
l'eau. On trouve à la surface de Mars des traces d'érosion fluviale qui attestent que
l'eau a un jour existé à l'état liquide sur cette planète. Aujourd'hui pourtant, Mars
est une planète sèche et aride. Que sont donc devenues les formidables réserves d'eau
martiennes ? Y a t'il encore de l'eau dans les calottes polaires. Se cache t'elle sous
forme de glace dans le sous sol martien ? A moins que les précieuses molécules se
soient échappées dans l'espace et que tout espoir soit perdu d'en trouver encore en
grande quantité sur la planète rouge. L'histoire climatique de Mars ne nous a t'elle
laissé que des déserts ? C'est la une des questions auquel Mars Surveyor 98 devra
répondre.
Mars Surveyor 98 comprend deux sondes, un orbiteur (Mars Climate Orbiter) et un atterrisseur (Mars Polar Lander), et cela pour un coût sensiblement identique à celui de la mission Pathfinder (356 millions de dollars). Ensemble, elles vont cartographier la surface martienne, déterminer la structure de l'atmosphère, étudier son interaction avec la surface et rechercher des traces d'eau et de glace en surface et dans le sous sol martien.

Objectifs
Après sa mise en orbite autour de la planète
rouge et pour une durée de trois mois, Mars Climate Orbiter va supporter les activités
de la sonde Mars Polar Lander et servir en particulier de relais radio entre la Terre et
l'atterrisseur. A la fin de la mission de celui ci (février 2000), elle pourra
véritablement s'attaquer à ses principaux objectifs : l'étude de la distribution de
l'eau sur Mars et du climat (passé et présent) de la planète rouge.
Mars Climate Orbiter va observer le climat
martien depuis une orbite presque polaire à une altitude de 400 km d'altitude. Elle devra
en particulier étudier la composition des matériaux de surface, les nuages de
l'atmosphère ainsi que les voiles de poussières, la distribution de la vapeur d'eau et
de l'ozone, les systèmes météorologiques, l'origine des tempêtes de poussières et
leur mouvement, l'érosion éolienne et les éventuels changements de la surface
martienne. La sonde tentera aussi de découvrir le passé climatique de Mars et de
localiser les réservoirs des volatils (eau et CO2). Les observations seront réalisées
sur différentes échelles de temps : sur une période d'une journée, d'une saison ou
d'une année.
La mission
Mars Climate Orbiter a décollé un jour après
l'ouverture de sa fenêtre de lancement, le 11 décembre 1998 à bord d'une fusée Delta
II 7425. La sonde ne pesait que 629 kg lors du lancement. Le voyage vers Mars va durer 9
mois, et sera ponctué par quatre manuvres de correction de trajectoire. L'insertion
en orbite martienne est prévue pour le 23 septembre 1999. A ce moment, le moteur de la
sonde s'allumera pendant 16 à 17 minutes pour placer l'engin sur une orbite elliptique
d'une période de 12 à 17 heures. Cette insertion en orbite sera suivie par 140 jours de
freinage atmosphérique. L'aérofreinage est une technique qui permet à une sonde de
diminuer sa période de révolution et de circulariser son orbite en utilisant la
résistance de l'air sur ses panneaux solaires. Mise en uvre pour la première fois
en 1994 avec la sonde Magellan alors en orbite autour de Vénus, elle est actuellement
utilisée par la sonde Mars Global Surveyor. Elle devrait atteindre son orbite finale deux
semaines au moins avant l'arrivée de sa compagne (Mars Polar Lander).
La phase de cartographie durera 687 jours (soit une année martienne), du mois de mars
2000 jusqu'au mois de janvier 2002. L'altitude de l'orbite de cartographie sera de 412 km
pour une révolution de 2 heures, et l'orbite sera presque polaire. Le passage au dessus
de l'équateur aura lieu à 4:30 PM heure locale. Une fois la phase de cartographie
terminée, la sonde servira de relais de communication pour les missions futures pendant
encore trois ans.
Les instruments scientifiques
* Le PMIRR (Pressure Modulator Infrared
Radiometer) : C'est un module météorologique complet. Il va permettre d'observer la
distribution globale et les variations dans le temps de la pression, de la température,
de la poussière, de la vapeur d'eau et des nuages dans l'atmosphère mais aussi de
quantifier l'émission radiative de surface et l'ensoleillement. L'instrument sera capable
d'observer la totalité de la planète à l'exception des régions polaires. Un petit
miroir lui permet en fait d'observer l'atmosphère depuis la surface jusqu'à 80 km
d'altitude. Pour la première fois, les bandes d'adsorption du gaz carbonique et de la
vapeur d'eau seront étudiées avec une résolution verticale de 5 kilomètres. Un
radiateur gardera les détecteurs situés dans le plan focal de l'instrument à une
température de - 193°C.
* Le MARCI (Mars Surveyor Color Imager) :
Cet instrument combine deux caméras (une à grand angle, l'autre à angle moyen), le
système électronique d'acquisition de données et l'alimentation en énergie. A la
fin de la phase de croisière, le système MARCI prendra des images de Mars. Une fois la
sonde sur son orbite de cartographie, la caméra grand angle fournira des vues
journalières et globales de l'atmosphère et de la surface de Mars. Quant à la caméra
à angle moyen, elle permettra de surveiller la surface de Mars et de détecter
d'éventuels changements. Elle pourra photographier n'importe quel endroit de la planète
à l'exception des pôles (à cause de la légère inclinaison de la sonde).
* Enfin, Mars Climate Orbiter emporte
avec elle un relais radio pour relayer les communications des futures stations au sol
(américaines ou internationales) et supporter les activités de la sonde Mars Polar
Lander.
Mars Polar LanderObjectifs
Lors de sa descente vers la surface martienne,
Mars Polar Lander va commencer par prendre des images de la région polaire sud. Une fois
au sol, il photographiera le site d'atterrissage dans différentes longueurs d'ondes de
manière à déterminer la nature et la composition des matériaux de surface. Il creusera
des tranchées dans le sol martien pour rechercher des enregistrements superficiels des
changements climatiques de Mars (visibles sous la forme de dépôts stratifiés). Il
procédera à des analyses de sol pour mettre en évidence la présence d'eau et de glace.
Des mesures météorologiques seront également au programme (vents, température,
pression et vapeur d'eau, détection de nuages de glace, formation et disparition du givre
et de la neige à la surface). Il sera ainsi capable de caractériser les processus
physiques qui interviennent dans les cycles saisonniers de l'eau, du CO2 et de la
poussière sur Mars.
La mission
La sonde Mars Polar Lander s'est envolée comme
prévu le 3 janvier 1999, dés le premier jour de sa fenêtre de lancement, à bord d'une
fusée Delta II 7425. Au moment du lancement, la sonde pesait 576 kg, contre 290 kg une
fois à la surface de Mars.
Le voyage vers Mars va durer 11 mois. Pendant le vol, 5 manuvres de correction de
trajectoire auront lieu. La première, la plus importante en durée, doit être exécutée
15 jours après le départ. La sonde sera suivie par les antennes du Deep Space Network
qui traqueront également la sonde Mars Climate Orbiter juste avant et après
l'acquisition de l'atterrisseur. Le suivi simultané des deux sondes permettra d'augmenter
la précision lors des manuvres d'approche, de descente et d'atterrissage. La sonde
Mars Global Surveyor pourra également être utilisé comme aide à la navigation.
La mission primaire de Mars Polar Lander
devrait se terminer le 29 février 1999. C'est sans
aucun doute la durée de vie des batteries (nickel/hydrogène) qui déterminera la durée
de vie de l'atterrisseur. Pendant la nuit, les batteries doivent maintenir les composants
électroniques de l'atterrisseur à une température relativement clémente (- 30°C tout
de même !), si on la compare à la température qui régnera alors à l'extérieur (-
80°C). Lorsque la batterie sera déchargée, plus rien ne protégera la sonde du froid et
de l'obscurité des longues nuits martiennes, ni du retour de la calotte saisonnière.
Mars Polar Lander finira alors gelé.
Déroulement de l'aterrissage
L'atterrissage aura lieu le 3 décembre 1999.
Après une entrée atmosphérique directe, Mars Polar Lander sera ralenti par un système
hérité de Mars Pathfinder (bouclier thermique et parachute de 8,4 mètres de diamètre
déployé par un petit mortier), et la sonde atterrira en douceur grâce à l'utilisation
de petites fusées. Les pieds de l'atterrisseur toucheront la surface de Mars à
proximité de la calotte polaire sud, au niveau des fameux dépôts stratifiés. Comme les
anneaux de croissance des troncs d'arbre, les terrains stratifiées conservent l'histoire
climatique de Mars. Mars a t'elle connu des modifications catastrophiques de son climat,
des changements épisodiques importants ou une évolution plus graduelle ? Mars Polar
Lander devra répondre à ces questions.
Le site d'atterrissage n'est pas encore
déterminé avec précision. La sonde Mars Global Surveyor a déjà obtenu des images
intéressantes et des données altimétriques d'une zone située un peu plus prés du
pôle sud que le site d'atterrissage optimal. D'autres images seront obtenues en juin 1999
pendant la phase de cartographie de Global Surveyor. Le choix d'un site sera possible
jusqu'en août 1999, moins de quatre mois avant l'arrivée du Mars Polar Lander sur la
planète rouge. Ce sera en tout cas la première fois qu'une sonde se posera dans les
régions polaires de la planète Mars.
2 heures après l'atterrissage, la première
communication à haut débit entre l'atterrisseur (antenne UHF) et la sonde Mars Climate
Orbiter aura lieu (transmission des données télémétriques et météorologiques, des
images de la caméra de descente et de la caméra panoramique).
Les activités
Le jour de l'atterrissage (Sol 0, puisque nous
allons nous référer aux jours martiens plutôt qu'aux jours terrestres pour suivre le
déroulement de la mission) dépendront de l'état de l'atterrisseur. Suivant la charge
des batteries, le débit des panneaux solaires, l'inclinaison de l'atterrisseur et les
températures à bord, Mars Polar Lander pourra soit commencer ses expériences, soit
être placé dans un mode de veille ou se préparer pour un petit somme. Les premières
opérations scientifiques comprendront un test du bras articulé, un statut du TEGA, des
observations avec le LIDAR et l'acquisition d'images supplémentaires par la caméra
panoramique et la caméra miniature du bras robotique. Enfin, le mât météorologique
continuera à fournir des indications sur les températures, les pressions et la teneur en
CO2 et en vapeur d'eau de l'atmosphère.
Pendant la nuit, l'activité de l'atterrisseur
sera réduite au minimum, mais l'ordinateur de bord ainsi que le mât météorologique
seront activés de temps en temps. Pendant la période primaire de la mission de
l'atterrisseur, le soleil ne se couchera jamais. Le package météorologique se mettra en
marche pendant quelques minutes pour effectuer des relevés de pressions et de
températures à 9:00 PM, 1:00 AM et 5:00 AM. A chaque fois, l'antenne UFH enverra les
données à l'orbiter. Le LIDAR sera aussi activé pendant la nuit martienne. La journée
martienne commence officiellement à 9:00 AM.
Les instruments scientifiques
On trouve dans un premier temps le MVACS (Mars Volatiles and Climate Surveyor)
qui se compose lui même d'un certain nombre d'instruments :
* Un système d'imagerie stéréo de
surface (SSI ou Stereo Surface Imager) : Une caméra panoramique est montée au sommet
d'un mat de 1,5 mètres de haut, identique à la caméra utilisée par Pathfinder.
* Bras robotique (RA ou Robotic Arm) avec
caméra intégrée (RAC ou Robotic Arm Camera) : L'atterrisseur possède un bras articulé
de deux mètres de long, avec une extrémité articulée sur laquelle est fixée une
pelle, une petite caméra et un capteur de température.
* Package météorologique (MET ou
Meteorological Package) : Il est monté sur un bras de 1,2 mètres de longueur et
permettra de réaliser des mesures sur les vents (vitesse et direction) et les
températures (4 capteurs).
* TEGA (Thermal and Evolved Gas Analyzer)
: Cet instrument extraordinaire va permettre de détecter de l'eau et du CO2 dans des
échantillons de sols. Le bras robotique commence par creuser une petite tranchée de
quelques centimètres dans le sol pour prélever un échantillon qui sera ensuite
photographié, chauffé et analysé.
Puis d'autres instruments comme :
* Le LIDAR (Light Detection and Ranging)
: Cet instrument se trouve au dessus du corps de l'atterrisseur et va servir à étudier
les aérosols atmosphériques ainsi que les nuages de glace. C'est le premier instrument
russe (fourni par l'IKI) qui sera utilisé sur une sonde planétaire américaine. Son
fonctionnement est un peu similaire à celui du radar mais avec des pulses de lumière
laser au lieu d'ondes radio. L'objectif principal de cet instrument est de déterminer la
quantité de poussière en suspension dans l'atmosphère au dessus du site d'atterrissage.
Le LIDAR inclut également un microphone.
* Le microphone : Il pèse moins de 50
grammes et ses dimensions ne dépassent pas 5 cm sur 5 cm. En raison de la faible pression
sur Mars, nous devrions être en mesure d'entendre quelque chose, grâce aux
amplificateurs présents avec le microphone. Le petit instrument va peut être nous
permettre d'entendre le souffle du vent, le bruit des tourbillons de sable, le rugissement
des tempêtes de poussières et pourquoi pas des éclairs ! Il nous transmettra également
les bruits en provenance de l'atterrisseur, comme celui du bras robotique en train de
creuser le sol (dans un premier temps, la durée de chaque son sera de 10 secondes). Mais
le son le plus excitant sera sans doute celui dont nous n'avons pas idée ! L'expérience
a démontré qu'à chaque fois qu'un nouvel instrument est envoyé dans l'espace, il nous
apprend quelque chose de nouveau sur l'environnement extraterrestre. C'est la que réside
le véritable intérêt de ce microphone.
* Le MARDI (Mars Surveyor Descent Imager)
: C'est une caméra de descente située sous l'atterrisseur. Elle commencera à prendre
des images juste avant l'éjection du bouclier thermique (l'altitude sera alors
inférieure à 8 km) et continuera ainsi jusqu'à l'atterrissage. La caméra va acquérir
10 images au total. C'est la première fois depuis les missions Apollo que des images vont
être prises pendant la descente d'un module.
* Un lien UHF pour communiquer avec la
sonde Mars Climate Orbiter, la Terre (dans les deux sens) ou envoyer des données à la
sonde Mars Global Surveyor. Chaque jour, l'atterrisseur aura 3 ou 4 opportunités pour
échanger des informations avec les sondes en orbite. La session ne peut cependant
commencer que lorsque l'orbiteur est à 20° au moins au dessus de l'horizon martien.

Cette mission devrait être lancé en mars-avril 2001. Elle comporte un orbiter qui
arrivera en décembre et cartographiera la minéralogie et la morphologie de Mars, ainsi
qu'un lander qui arrivera en janvier 2002 pour déposer un rover capable de franchir 100
km. Celui-ci sera doté d'un instrument d'analyse de roche et commencera à empiler ces
échantillons en vue de les ramener sur Terre en 2005.
Lancement de deux sondes : un orbiter qui aura pour mission l'établissement des liaisons radio et un lander qui emportera un rover identique à celui envoyé en 2001.
Une sonde russe emportera soit quatre landers (mission "Mars Glob"), soit un rover, ou encore un lander qui se posera sur Phobos, satellite de Mars, pour rapporter des échantillons sur Terre.
Une sonde européenne sera lancée avec un orbiter pour dresser une cartographie des terrains mélangés avec de la glace et deux landers qui effectueront des analyses biologiques.
Deux sondes américaines seront chargés de rapporter les échantillons empilés par les rovers des missions " Mars Surveyor 2001 et 2003 ". Un des landers sera équipé d'un système capable de produire les ergols nécessaires au retour en pompant l'air martien afin de tester cette nouvelle technologie en vue d'une mission habitée : pour rentrer sur Terre, les astronautes devront produire leur carburant sur Mars.
* * *
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