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Mars Reconnaissance OrbiterIntroductionLa Nasa s'est-elle sentie un peu trop concurrencée par l'Agence Spatiale Européenne, dont la sonde Mars Express a fourni aux chercheurs des images inédites de la Planète Rouge (vues en perspective, structure du sous-sol, etc.) ? En tout cas, on peut dire qu'elle a mis les bouchées doubles pour sa mission Mars Reconnaissance Orbiter (MRO). Pour preuve, le vaisseau devrait envoyer vers la Terre cinq fois plus de données que l'ensemble des sondes martiennes qui l'ont précédé ! Et les performances de ses instruments sont véritablement stupéfiantes. L'exemple le plus probant est celui de la caméra HiRise, qui peut produire des clichés d'une résolution de 30 centimètres par pixel à 300 kilomètres d'altitude. Avec une telle précision, l'instrument peut "voir" sur le sol martien des objets grands comme un ballon de football. À titre de comparaison, les plus petits détails visibles sur les images acquises par les orbiteurs Viking, qui ont étudié la Planète Rouge entre 1976 et 1982, avaient la taille d'un... terrain de football !
Outre ses apports scienfitiques, MRO jouera un rôle crucial pour la suite du programme d'exploration de la Planète Rouge. Le nom de la sonde n'est d'ailleurs pas anodin : elle est bel et bien partie en reconnaissance puisque c'est elle qui permettra de choisir les prochains sites à étudier in situ. C'est aussi elle qui servira de balise de navigation pour effectuer des atterrissages de haute précision. Enfin, c'est encore elle qui relayera vers la Terre les données collectées par les futurs engins au sol, en particulier le rover Mars Science Laboratory. La mission MRO prépare donc l'avenir, avec en ligne de mire le retour d'échantillons et même, aux dires de la Nasa, l'arrivée de l'Homme ! Informations générales
ObjectifsLes objectifs de la mission Mars Reconnaissance Orbiter sont à la fois scientifiques et technologiques. Pour ce qui est de la science, la Nasa a équipé sa sonde d'instruments très performants qui étudient en particulier l'atmosphère et les calottes polaires. MRO aide ainsi les planétologues à mieux comprendre le climat martien, et ce à différentes échelles de temps. Elle les aide aussi à reconstituer l'histoire de l'eau, d'une part en analysant la minéralogie de la surface et d'autre part en "fouillant" le sous-sol à l'aide de son radar Sharad. Enfin, grâce aux images ultra précises de sa caméra HiRise, MRO participe au choix des sites d'arrivée pour les atterrisseurs. Cela a été le cas pour Phoenix, et cela le sera aussi pour Mars Science Laboratory. D'un point de vue technologique, MRO sert de test grandeur nature à plusieurs équipements innovants. On citera en exemple la caméra de navigation optique qui a utilisé Phobos et Deimos pour déterminer avec précision (et de manière indépendante) la position du vaisseau lors de sa phase d'approche. À l'avenir, cet instrument pourrait être installé sur toutes les sondes martiennes afin d'en réduire la consommation de carburant durant l'insertion sur orbite et, au final, d'en allonger la durée de vie. On le voit, MRO marque véritablement le début d'une nouvelle ère dans l'exploration de la Planète Rouge car c'est en grande partie de ses résultats que dépendront les missions de la prochaine décennie. Elle symbolise aussi la volonté de la Nasa de tourner définitivement la page du double échec de Mars Polar Lander et de Mars Climate Orbiter en 1999. Car les choix techniques faits par l'agence américaine (imagerie très haute résolution, système de navigation optique) ont un objectif évident : éviter qu'un tel fiasco ne se reproduise. DéroulementMars Reconnaissance Orbiter a quitté la Terre le 12 août 2005 à bord d'un lanceur Atlas 5 tiré depuis la base aérienne de Cap Canaveral, en Floride [image 5]. La fenêtre de lancement s'était ouverte deux jours plus tôt, mais des problèmes techniques concernant la fusée avaient obligé la Nasa à repousser le décollage. Après un périple de sept mois et près de 500 millions de kilomètres parcourus, MRO a atteint la Planète Rouge le 10 mars 2006. Tandis qu'elle survolait le pôle Sud à un peu moins de 400 kilomètres d'altitude, ses six moteurs principaux se sont allumés durant 27 minutes, consommant alors près de 70% du carburant emporté [image 6] ! Ainsi ralenti, le vaisseau a pu être capturé par le champ gravitationnel de Mars mais l'orbite atteinte, parcourue en 35 heures, était très elliptique (apoapse à 45 000 kilomètres d'altitude) [image 7]. Pour circulariser la trajectoire, les ingénieurs américains ont alors procédé pendant cinq mois à des manœuvres d'aérofreinage, technique qui consiste à ralentir la sonde dans la haute atmosphère martienne à chacun de ses passages au plus près de la planète [image 8]. L'intérêt est évidemment d'économiser le carburant en limitant l'utilisation des moteurs, ce qui permet d'accroître la charge utile ainsi que la durée de vie de la sonde. Dans le cas de MRO, on estime qu'il aurait fallu embarquer deux fois plus d'ergols si on avait pas utilisé l'aérofreinage.
Comme prévu, le processus d'aérofreinage s'est terminé à la fin du mois d'août 2006 par un allumage des moteurs de la sonde afin de relever le périapse de son orbite au-dessus des couches denses de l'atmosphère martienne. Après quelques manœuvres supplémentaires, l'orbite finale de travail (périapse et apoapse respectivement à 255 et 320 kilomètres) a été atteinte courant septembre. Les observations scientifiques n'ont toutefois démarré qu'en novembre, en raison d'une conjonction solaire empêchant les communications entre la Terre et Mars durant le mois d'octobre. La durée nominale des opérations scientifiques était de deux années terrestres. En décembre 2008, MRO a donc entamé la seconde phase de sa mission, dans laquelle elle joue désormais le rôle de relais de télécommunications pour les engins au sol. Cependant, les instruments scientifiques continuent de fonctionner et de renvoyer leurs précieuses données aux planétologues : le passage à cette nouvelle phase signifie simplement que les activités de relais sont devenues prioritaires. Selon le calendrier actuel, la mission MRO doit s'achever le 21 décembre 2010. Mais si aucun incident ne s'est produit d'ici là, la Nasa devrait logiquement décider de la prolonger de plusieurs années afin de pallier l'annulation de Mars Telecommunications Orbiter, une sonde dédiée aux communications Terre-Mars qui devait partir en 2009. InstrumentsCrismL'instrument Crism (Compact Reconnaissance Imaging Spectrometer for Mars) [image 9] est un spectromètre imageur travaillant dans les domaines visible et infrarouge proche. Son objectif principal est la détection de minéraux hydratés afin de confirmer que, dans le passé, l'eau liquide a bien été présente en abondance à la surface de la Planète Rouge. Il étudie également les nuages de poussières et de glace dans l'atmosphère martienne. Sa résolution, qui peut aller jusqu'à 18 mètres par pixel, est plus de dix fois supérieure à celle du spectromètre Omega de la sonde Mars Express. Les cartes minéralogiques qu'il établit sont donc d'une précision encore jamais atteinte. CTXLes clichés de la caméra HiRise (voir ci-dessous) sont les plus détaillés jamais obtenus de la surface martienne mais, revers de la médaille, ils couvrent de très petites zones, ce qui peut rendre leur interprétation difficile. C'est la raison pour laquelle la Nasa a équipé MRO de la caméra CTX (Context Imager) [image 10]. Sa résolution est moins bonne que celle de HiRise (six mètres par pixel) mais le champ observé est en revanche bien plus large (40 kilomètres), ce qui permet de replacer les images HiRise dans un contexte plus général et ainsi d'en faciliter l'utilisation par les chercheurs. HiRiseParmi les instruments scientifiques de MRO, la caméra HiRise (High Resolution Imaging Science Experiment) est sans conteste le plus impressionnant [image 11]. Il s'agit en fait d'un véritable télescope doté d'un miroir de 50 centimètres de diamètre ! La résolution de ce "monstre" est ainsi cinq fois supérieure à celle de la caméra Moc de Mars Global Surveyor. Cependant, les clichés pris par HiRise couvrant un champ très petit, seul 1% de la surface de la planète aura pu être photographié durant les deux ans de la mission initiale. C'est hélas le prix à payer pour bénéficier d'images à très haute résolution, indispensables pour le choix des futurs sites d'atterrissage. MarciLa caméra Marci (Mars Color Imager) est héritée de la sonde Mars Climate Orbiter, perdue lors de son insertion sur orbite martienne en 1999. Observant la Planète Rouge dans les domaines visible et ultraviolet, elle surveille en particulier les calottes polaires, les nuages et les tempêtes de sable. Elle est aussi chargée de mesurer les teneurs en ozone, en dioxyde de carbone et en poussière dans l'atmosphère martienne. MCSDérivé de l'instrument PMIRR embarqué sur Mars Observer puis Mars Climate Orbiter (qui ont toutes deux été perdues avant d'entamer leurs observations scientifiques), le radiomètre MCS (Mars Climate Sounder) est chargé de mesurer dans les 80 premiers kilomètres de l'atmosphère martienne les quatre paramètres météorologiques de base que sont la température, la pression, la teneur en vapeur d'eau et la quantité de poussière. Il suit également les évolutions saisonnières des calottes polaires afin de mieux cerner les interactions entre ces dernières et l'atmosphère. À noter que l'une des spécificités de MCS est qu'il réalise une partie de ses mesures en observant en direction de l'horizon, et pas uniquement à la verticale du vaisseau. SharadÀ l'instar de l'instrument Marsis de Mars Express, le Shallow Subsurface Radar [image 12] a été fourni par l'Agence Spatiale Italienne. Les deux appareils sont d'ailleurs complémentaires, puisque Sharad sonde le sous-sol jusqu'à quelques centaines de mètres tandis que Marsis couvre les zones plus profondes (entre un et cinq kilomètres) grâce à des ondes de plus basse fréquence. Sharad a d'ores et déjà permis d'observer directement la structure interne des calottes polaires et il continue de rechercher d'éventuelles poches de glace voire d'eau liquide restées invisibles jusqu'à présent.
Autres équipementsAntenne à haut gainUne antenne de communication est a priori un équipement banal pour une sonde spatiale. Toutefois, celle de Mars Reconnaissance Orbiter présente deux particularités qui méritent d'être soulignées et sans lesquelles la sonde serait incapable d'envoyer vers la Terre l'ensemble des données acquises par ses intruments. La première est sa taille : d'un diamètre de trois mètres, elle mesure le double de celle de Mars Global Surveyor ! La deuxième est sa capacité à émettre en bande Ka, qui lui confère un débit de télécommunication bien plus élevé qu'avec la traditionelle bande X. Comme cela a déjà été réalisé lors d'autres missions, l'antenne à haut gain sert aussi pour l'étude du champ de gravité martien. L'expérience, dénommée Radio Science, ne nécessite pas d'instrument dédié car elle est basée sur les signaux émis par la sonde vers la Terre, dont les chercheurs analysent le décalage Doppler. Grâce à son orbite plus basse que les vaisseaux qui l'ont précédé, MRO va permettre d'établir des cartes du champ de gravité plus précises qu'avec les expériences précédentes. Caméra de navigation optiqueLors de la phase d'approche finale, cet instrument a observé les deux petites lunes martiennes, Phobos et Deimos, et s'en est servi comme repère pour déterminer très précisément la position du vaisseau par rapport à la planète. Cette technique, expérimentée pour la première fois avec MRO, pourrait à l'avenir être mise en œuvre sur d'autres missions car elle présente le double avantage d'améliorer la précision de navigation, avec à la clef des économies de carburant, et de localiser la sonde de manière indépendante, ce qui limite le risque d'être confronté à une erreur similaire à celle qui a entraîné la perte de Mars Climate Orbiter. ElectraElectra est un système de communication à ultra haute fréquence. Il s'agit à la fois d'un relais pour la transmission de données vers la Terre et d'une balise de navigation pour les futures sondes martiennes qui seront équipées du même dispositif. Electra jouera ainsi un rôle essentiel dans l'amélioration de la précision des atterrissages et permettra de localiser plus aisément les robots après leur arrivée sur la planète. La dernière mise à jour de cette page a été effectuée le samedi 13 décembre 2008. |
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