Mars Exploration Rover - Définition et Explications

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Introduction

Vue d'artiste d'un rover MER à la surface de Mars
Lancement de la mission MER-A Spirit le 10 juin 2003 par une fusée Delta II.

Mars Exploration Rover (Mars Exploration Rover (MER) est une mission double de la NASA lancée en 2003 et composée...) (MER) est une mission double de la NASA (La National Aeronautics and Space Administration (« Administration nationale de...) lancée en 2003 et composée de deux robots mobiles ayant pour objectif d'étudier la géologie (La géologie, du grec ancien γη- (gê-, « terre ») et...) de la planète (Une planète est un corps céleste orbitant autour du Soleil ou d'une autre étoile de...) Mars et en particulier le rôle joué par l'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les...) dans l'histoire de la planète. Les deux robots ont été lancés au début de l'été 2003 et se sont posés en janvier 2004 sur deux sites martiens susceptibles d'avoir conservé des traces (TRACES (TRAde Control and Expert System) est un réseau vétérinaire sanitaire de...) de l'action de l'eau dans leur sol. Chaque rover ou astromobile (Une astromobile, dans le domaine de l'astronautique, est un véhicule conçu pour se déplacer à...), piloté par un opérateur (Le mot opérateur est employé dans les domaines :) depuis la Terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance...), a alors entamé un périple (Avant de désigner un voyage (agréable ou non, court ou long, sur mer ou non, effectif ou...) en utilisant une batterie d'instruments embarqués pour analyser les roches les plus intéressantes :

  • MER-A rebaptisé Spirit a atterri dans le cratère Gusev (Le cratère Gusev est un cratère météoritique martien situé par 14° 35’ S,...), une dépression de 170 kilomètres (Le mètre (symbole m, du grec metron, mesure) est l'unité de base de longueur du Système...) de diamètre (Dans un cercle ou une sphère, le diamètre est un segment de droite passant par le centre...) qui a peut-être accueilli un lac (En limnologie, un lac est une grande étendue d'eau située dans un continent où il...).
  • MER-B renommé Opportunity s’est posé le 24 janvier 2004 sur Meridiani Planum (Meridiani Planum est une plaine de la planète Mars localisée par 00° 10’ N,...).

Chaque rover pèse environ 185 kg et se déplace sur 6 roues (La roue est un organe ou pièce mécanique de forme circulaire tournant autour d'un axe passant par...) mues par l'énergie électrique (Un apport d'énergie électrique à un système électrotechnique est nécessaire pour qu'il...) fournie par des panneaux solaires. Il est équipé de trois paires de caméras utilisées pour la navigation (La navigation est la science et l'ensemble des techniques qui permettent de :) et de plusieurs instruments scientifiques : une caméra (Le terme caméra est issu du latin : chambre, pour chambre photographique. Il désigne un appareil...) panoramique située sur un mat à 1,5 mètres de hauteur (La hauteur a plusieurs significations suivant le domaine abordé.), un outil (Un outil est un objet finalisé utilisé par un être vivant dans le but d'augmenter son...) pour abraser la surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a...) des roches porté par un bras articulé sur lequel se trouvent également un spectromètre (Un spectromètre est un appareil de mesure permettant d'étudier de décomposer une quantité...) à rayons X, un spectromètre Mössbauer (La spectrométrie Mössbauer est une méthode permettant de déterminer le degré d'oxydation et...) et une caméra microscope. Enfin un spectromètre infrarouge (Le rayonnement infrarouge (IR) est un rayonnement électromagnétique d'une longueur d'onde...) est utilisé pour l'analyse des roches et de l'atmosphère (Le mot atmosphère peut avoir plusieurs significations :).

La mission MER s'inscrit dans un programme d'exploration de Mars de la NASA très ancien et fait suite à deux missions américaines sur le sol martien (Martien est un nom générique qui désigne plusieurs types de créatures...) aux capacités scientifiques beaucoup plus limitées : le programme Viking (Le programme Viking était composé de deux missions distinctes de sondes spatiales de la...) de 1976 et Mars Pathfinder (La mission Mars Pathfinder fut lancée le 4 décembre 1996 par la NASA grâce à...) de 1997. Les objectifs scientifiques du programme ont été remplis avec la découverte par les deux robots de plusieurs formations rocheuses qui résultent probablement de l'action de l'eau dans le passé : billes d'hématite (L’hématite, est une espèce minérale composée d’oxyde de fer(III)...) grise et silicates. Les robots ont également permis d'étudier les phénomènes météorologiques, d'observer des nuages et de caractériser les propriétés des couches de l'atmosphère martienne. Les deux véhicules MER conçus et gérés par le Jet Propulsion Laboratory (Le Jet Propulsion Laboratory (JPL), basé à Pasadena aux États-Unis, est une joint-venture entre...) ont largement dépassé les objectifs qui leur étaient fixés : parcourir 600 mètres et rester opérationnel durant 90 jours (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la...) martiens. Spirit, désormais bloqué par le sable (Le sable, ou arène, est une roche sédimentaire meuble, constituée de petites...), a pu parcourir 7,7 kilomètres et a transmis ses dernières données scientifiques le 22 mars 2010 tandis qu'Opportunity, toujours opérationnel après avoir progressé en juin 2010 de plus de 21 kilomètres, se dirige vers le cratère ( Pour le cratère d'origine volcanique, voir Cratère volcanique Pour le cratère d'origine...) Endeavour (Endeavour est à l'origine le premier voilier du célèbre capitaine britannique James Cook.).

Historique

Les sondes martiennes américaines des années 1990

Ravines sur la paroi d’un cratère d’impact sur Mars, photographié en 2003 par Mars Global Surveyor (Mars Global Surveyor est une mission conjointe de la NASA et du Jet Propulsion Laboratory,...).

La NASA lance en 1992 la mission Mars Observer (Mars Observer, lancé par la NASA le 25 septembre 1992, était une sonde dont la mission était...) alors qu'il s'est écoulé dix-sept ans depuis le programme américain Viking et sa dernière mission Viking 2 (Viking 2 était la seconde mission du programme Viking. Elle consistait en un lancement d'un...). Mais trois jours avant la date prévue pour l’insertion sur son orbite (En mécanique céleste, une orbite est la trajectoire que dessine dans l'espace un corps...) martienne, le contact est perdu. Mars Observer est la sonde (Une sonde spatiale est un vaisseau non habité envoyé par l'Homme pour explorer de plus près des...) la plus coûteuse lancée par la NASA et elle est perdue avant d'avoir accompli sa mission (813 millions de dollars de l'époque). Cet échec entraîne une révision de la stratégie (La stratégie - du grec stratos qui signifie « armée » et ageîn qui signifie...) d'exploration planétaire (Un planétaire désigne un ensemble mécanique mobile, figurant le système solaire...) américaine : celle-ci doit désormais permettre d'envoyer davantage de sondes à budget (Un budget est un document comptable prévisionnel distinguant les recettes et les dépenses.) serré de manière à ne pas tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou...) perdre en cas d’échec. C'est le « better, faster, cheaper » qui devient la devise du nouveau programme Discovery (Le programme Discovery, lancé par la NASA comprend une séries de missions spatiales peu...). Dans le cadre de ce programme à chaque conjonction favorable de Mars et de la Terre (soit environ tous les deux ans), la NASA prévoit d'envoyer à la fois une sonde spatiale (Une sonde spatiale est un vaisseau spatial non habité envoyé par l'homme pour...) de type orbiteur (Dans le domaine de l'astronautique, un orbiteur est un vaisseau satellisé autour d'une planète....), qui doit effectuer ses observations (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les...) depuis l'orbite martienne, et une autre de type atterrisseur (Un atterrisseur (lander en anglais) désigne en dans le domaine de l'astronautique un engin...), chargée de se poser sur le sol martien pour y recueillir des données scientifiques. Les deux premières sondes sont lancées en 1996 et remplissent leur mission avec succès : l’atterrisseur Mars Pathfinder se pose sur Mars et libère le premier robot (Un robot est un dispositif mécatronique (alliant mécanique, électronique et...) mobile extraplanétaire, Sojourner, qui explore les environs durant quelques semaines ; l'orbiteur Mars Global Surveyor renvoie durant neuf ans une quantité (La quantité est un terme générique de la métrologie (compte, montant) ; un scalaire,...) inégalée de données sur l'atmosphère, la surface et la structure interne (En France, ce nom désigne un médecin, un pharmacien ou un chirurgien-dentiste, à la...) de Mars. Conformément à ses plans, la NASA lance fin 1998/début 1999 deux nouvelles sondes lorsque Mars se trouve dans une position favorable, mais Mars Climate Orbiter (Mars Climate Orbiter (anciennement Mars Surveyor Orbiter) était l'une des deux sondes spatiales du...) et Mars Polar Lander (La sonde Mars Polar Lander faisait partie intégrante du programme Mars Surveyor 98 de la NASA....) sont toutes deux victimes de défaillances avant d'avoir débuté leur mission. La NASA décide d'annuler le lancement des deux sondes de Mars Surveyor 2001 : l'atterrisseur devait comporter un rover, baptisé Athena aux capacités très proches des rovers MER. L'échec entraine également la remise en question du principe du « better, faster, cheaper » et l'arrêt des lancements doubles de sondes construites selon ce principe.

Changement de stratégie

Au début des années 2000, alors que la NASA achève le développement de la sonde 2001 Mars Odyssey (2001 Mars Odyssey est le nom donné à un vaisseau spatial de la NASA en orbite autour de la...), l'agence spatiale (Une agence spatiale est un organisme d'État ayant pour but d'étudier l'Espace et de développer...) américaine décide de revoir sa stratégie d'exploration de la planète Mars. La sonde Mars Global Surveyor a envoyé des données qui confirment que la planète a eu une histoire climatique complexe et intéressante au cours de laquelle de grandes masses d'eau ont coulé sur le sol martien. Mais le déroulement de ces événements et la manière dont l'eau a interagi avec l'atmosphère et la surface martienne n'ont pu être reconstitués. Compte tenu de ce nouvel éclairage sur le passé (Le passé est d'abord un concept lié au temps : il est constitué de l'ensemble...) martien, beaucoup de scientifiques souhaitent l'envoi d'une mission spatiale capable de ramener un échantillon (De manière générale, un échantillon est une petite quantité d'une matière, d'information, ou...) du sol martien sur Terre qui pourrait apporter des réponses décisives à certaines de ces interrogations. Mais la réussite de cette mission très complexe nécessite que de nombreuses conditions soient remplies : identifier un site d'atterrissage (L’atterrissage désigne, au sens étymologique, le fait de rejoindre la terre ferme....) susceptible d'abriter des traces de vie (La vie est le nom donné :), effectuer un atterrissage d'une très grande précision et disposer d'un robot capable d'atteindre le site visé pour récupérer un échantillon intéressant si nécessaire en forant. Or seule la caméra à très haute définition (Une définition est un discours qui dit ce qu'est une chose ou ce que signifie un nom. D'où la...) de Mars Reconnaissance Orbiter (Mars Reconnaissance Orbiter (sigle : MRO) est une sonde spatiale américaine actuellement...), dont le lancement est prévu en 2006, peut éventuellement identifier un site favorable. De plus le risque est grand de ramener un échantillon ne fournissant aucune donnée (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent...) exploitable. La NASA n'a pas à cette période de budget suffisant pour une mission aussi couteuse.

La mission MER

Les sites d'atterrissages des sondes MER.

L'agence spatiale se rabat donc sur une mission reposant sur un rover géologue qui doit explorer, analyser sur place à l'aide de ses instruments scientifiques embarqués et transmettre les résultats de ses mesures. La NASA écarte l'utilisation d'un rover dérivé de Mars Pathfinder car son autonomie trop limitée ne permettrait pas de prospecter suffisamment le sol martien. Le JPL propose de développer un rover, baptisé Mars Exploration Rover (MER), avec des dimensions (Dans le sens commun, la notion de dimension renvoie à la taille ; les dimensions d'une pièce...) nettement supérieures, doté d'une plus grande autonomie et suffisamment léger pour permettre l'utilisation de coussins gonflables (« airbags ») utilisés avec succès pour l'atterrissage de la sonde Pathfinder. Pour limiter les risques de la mission, la NASA décide en août 2000 d'envoyer deux engins similaires, comme cela se pratiquait couramment au début de l'ère spatiale : l'agence argumente que le coût de la construction d'un deuxième exemplaire est faible par rapport à celui du développement du MER et que par contre si les deux rovers réussissent leur mission, les gains scientifiques seront fortement accrus. L'agence spatiale renonce à sa politique des sondes bon marché : l'ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection...) de la mission va couter 850 millions de dollars. La NASA planifie le lancement pour la prochaine fenêtre de tir (Une fenêtre de tir en astronautique est la période pendant laquelle les conditions...) en direction de Mars qui doit s'ouvrir durant l'été 2003. Chaque MER est équipé de 6 instruments scientifiques et est conçu pour parcourir au moins 1 km durant 90 jours martiens.

Les objectifs scientifiques de la mission

La NASA assigne sept objectifs scientifiques à la mission :

  • Rechercher des roches et des sols témoignant de l'action passée de l'eau et déterminer leurs caractéristiques. Cette recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue...) porte en particulier sur les minéraux déposés par les processus liés à la présence d'eau tels que les précipitations, l'évaporation (L'évaporation est un passage progressif de l'état liquide à l'état gazeux. Elle est différente...), la sédimentation et l'activité (Le terme d'activité peut désigner une profession.) hydrothermale.
  • Déterminer la distribution et la composition des minéraux, rochers et sols qui entourent les sites d'atterrissage.
  • Déterminer les processus géologiques à l'origine de la formation des sols avoisinants et qui ont influencé leur chimie (La chimie est une science de la nature divisée en plusieurs spécialités, à...). Ces processus peuvent inclure l'érosion par l'action du vent (Le vent est le mouvement d’une atmosphère, masse de gaz située à la surface...) ou par l'eau, l'activité hydrothermale, le volcanisme et l'impact de météorites.
  • Valider les données collectées par les sondes en orbite en les confrontant aux observations au sol. Ces vérifications doivent permettre de déterminer la précision et le bon fonctionnement des différents instruments qui effectuent des observations géologiques depuis l'orbite.
  • Rechercher des minéraux contenant du fer (Le fer est un élément chimique, de symbole Fe et de numéro atomique 26. C'est le...), identifier et quantifier les différents types de minéraux qui contiennent de l'eau ou ont été formés dans l'eau tels que les carbonates de fer.
  • Déterminer les caractéristiques des minéraux ainsi que les textures des roches et des sols et spécifier les processus qui les ont créés.
  • Rechercher des indices géologiques de la période où l'eau était présente sous forme liquide (La phase liquide est un état de la matière. Sous cette forme, la matière est...). Déterminer si ces environnements pouvaient être propices à la vie.

Une architecture (L’architecture peut se définir comme l’art de bâtir des édifices.) technique fortement inspirée des missions précédentes

La conception des sondes MER repose en grande partie sur des développements réalisés pour des missions antérieures. L'architecture utilisée pour la mission Pathfinder de 1996 est reprise pour l'étage de croisière chargé de propulser les sondes entre la Terre et Mars et le véhicule (Un véhicule est un engin mobile, qui permet de déplacer des personnes ou des charges d'un...) de rentrée et le module d'atterrissage. Ceux-ci sont toutefois redimensionnés : le parachute (Le parachute est un dispositif destiné à freiner le mouvement, principalement vertical...) est 40% plus grand et les fusées chargées de ralentir la sonde avant l'atterrissage sont 90% plus puissantes. Les instruments scientifiques sont un héritage du rover Athena qui devait constituer la charge utile (La charge utile (payload en anglais ; la charge payante) représente ce qui est effectivement...) de l'atterrisseur de la mission Mars Surveyor 2001 annulée.

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