Le retour de l'Europe spatiale sur Mars

La semaine dernière s'est tenue une réunion de travail afin de discuter de la première mission de l'ESA inscrite dans le cadre d'Aurora, l'ambitieux programme scientifique à long terme de l'ESA. Un large consensus s'est fait autour de la poursuite de l'exploration de Mars et il a été décidé de franchir une étape supplémentaire en faisant atterrir un rover sur la planète rouge. L'objectif visé est de mener une étude détaillée de l'environnement martien et rechercher des traces de vie éteinte ou présente.


La décision finale est entre les mains des instances dirigeantes de l'Agence spatiale européenne. Elle est attendue lors du Conseil des ministres qui doit se réunir en décembre 2005.

Le programme ExoMars

La mission recommandée est ExoMars, celle-la même envisagée dans le cadre du programme Aurora. Des études exploratoires ont déjà été lancées mais par rapport au scénario de mission envisagé fin 2002, plusieurs changements ont été apportés.

Initialement, ExoMars était composée d'un module orbital qui devait stationner en orbite autour de la planète Mars et relayer les communications entre le rover d'ExoMars et la Terre. L'orbiter a donc été abandonné, pour des raisons de coûts essentiellement, au profit d'un carrier, c'est-à-dire d'un module interplanétaire. C'est un véhicule beaucoup plus simple à développer, conçu pour transporter le rover jusqu'à la planète rouge. Il a un niveau de contrôle d'attitude et une durée de vie limitée à la croisière jusqu'à Mars.


Les communications entre Mars et la Terre seront assurées par une des sondes orbitales de la NASA. Si ce choix s'explique par des raisons de coûts, il est par ailleurs judicieux car la NASA développe des moyens de communication entre les deux planètes bien plus performants que ceux qui existent aujourd'hui et ceux que l'ESA aurait pu développer.

Autre abandon, les quatre stations de surface NetLander que devait transporter ExoMars. Il semble que la complexité de leur séparation et les risques encourus étaient trop importants. Les stations devaient être séparées à des instants précis de façon à atteindre des régions martiennes suffisamment espacées. Cela n'aurait laissé que peu de temps pour la séparation en catastrophe de la sonde ExoMars proprement dite, augmentant la complexité et les risques du projet.

Le lanceur

Le lancement d'ExoMars est prévu en juin 2011 pour une arrivée sur Mars en 2013. Le lanceur utilisé sera une fusée Soyouz 2B équipée de l'étage Frégate depuis le Centre spatial de Kourou. Le choix du lanceur s'explique encore par des raisons de coûts. Pour cette mission, la charge utile est limitée à environ 1400 kg. La fenêtre de 2011 est bien moins favorable que celle de la conjonction de 2003 utilisée pour lancer les deux rovers Spirit et Opportunity de la mission MER de la NASA. Cela contraint à faire une manoeuvre à mi-course pour ralentir ExoMars (le carrier) et au lieu de prendre 7 ou 9 mois, le trajet durera 18 ou 20 mois car la sonde doit faire une fois et demie le tour du Soleil. Mais de cette façon on arrive à maximiser la masse à l'arrivée sur Mars.

D'autres choix s'offrent aux concepteurs de la mission. On peut envisager la séparation de la sonde depuis une approche hyperbolique. De cette façon on économise les propergols pour la capture en orbite martienne, mais la précision d'atterrissage s'en trouve réduite ce qui offre une flexibilité moindre dans le choix du site d'atterrissage après le lancement. Un second choix consisterait à séparer le module de descente du carrier après la capture par Mars. Cette solution inverse les avantages et les inconvénients de la précédente solution.

En tout état de cause, le choix du site d'atterrissage se fera au tout dernier moment de façon à bénéficier des dernières découvertes des autres missions.

L'atterrissage sur Mars

L'atterrissage sur la planète est une phase délicate, quelle que soit la mission. La NASA et la Russie ont d'ailleurs perdu de nombreuses missions lors de cette phase. L'Europe déplore également la perte d'un atterrisseur, dans le cadre de la mission Mars Express En janvier 2004, le lander britannique Beagle-2 qui devait se poser sur la surface de planète et étudier son site d'atterrissage durant quelques semaines, n'a jamais donné signe de vie.

Dans le cas d'ExoMars, la procédure d'atterrissage n'a pas encore été choisie mais tiendra forcément compte des enseignements de la mission ratée Beagle-2. Plusieurs concepts font l'objet d'études.


L'un fait appel à une structure de freinage gonflable. L'utilisation d'airbags présente plusieurs avantages. D'une part ils sont légers et procurent une meilleure atténuation des chocs, d'autre part ils n'engendrent pas de rebonds ce qui peut s'avérer dommageable pour les charges utiles. Bien que cette technique soit utilisée pour des systèmes militaires terrestres, elle n'a jamais été mise en œuvre dans le secteur spatial.

Une alternative repose sur l'utilisation d'un système de rétrofusées de type de ceux utilisés pour les missions Viking. Mais cela est bien plus cher et nécessite d'utiliser des moteurs à modulation de poussée. Une technologie dont ne dispose pas l'Europe et qui réclame un important développement.

La charge utile

La mission du rover d'ExoMars est avant tout une mission d'exobiologie qui visera la recherche de traces de vie présente ou passée. Il identifiera également les dangers de l'environnement martien auxquels seront confrontés les premières missions habitées. Tenant compte des résultats et des nouvelles perspectives scientifiques ouvertes par Mars Express, le rover d'ExoMars sera équipé d'instruments capable de mesures sismiques provoquées par une activité volcanique, hydro thermique ou de sismique de la planète.

Concernant la partie exobiologique de la mission, l'ESA travaille sur une telle suite d'instruments connue sous le nom de Pasteur Payload Package (PPP). Mais tous les instruments envisagés ne seront pas retenus. Des choix devront être fait. Le rover sera équipé d'un foret capable de pénétrer le sous-sol de la surface sur une profondeur de 2m de façon à caractériser les terrains traversés.

Enfin, le rover embarquera un système d'analyse des gaz présents dans l'atmosphère, les roches et au sol, similaire à celui qu'embarquait Beagle-2. Ce système était composé d'un four capable d'élever progressivement la température d'un échantillon solide (roche ou sol). Un système permettant de diriger les gaz générés par le four vers le spectromètre de masse, capable de mesurer la quantité de dioxyde de carbone libéré à chaque étape de la cuisson et de distinguer les différents isotopes du carbone, pourra également analyser d'autres gaz comme le méthane.

Retour d'échantillons

Enfin, les scientifiques ont confirmé leur engagement en faveur d'une mission internationale de retour d'échantillons en 2016 en raison de la complexité et les coûts d'une telle mission. Si l'ESA décide de collaborer avec la NASA, il s'agira d'une mission de type Mars Sample Return. Dans ce cas, les démonstrateurs Arrows d'Aurora censés valider les technologies et scénarii de mission de retour d'échantillons ne verraient jamais le jour.