Mars Reconnaissance Orbiter - Définition
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Données d'ingénierie
Structure de la sonde
Les employés de Lockheed Martin Space Systems ont assemblé la structure du vaisseau à Denver, et lui ont greffé les instruments scientifiques. Le matériel scientifique fut construit à Tucson, par l'Université d'Arizona ; à Laurel, dans le Maryland, au laboratoire de physique appliquée de l'Université Johns-Hopkins, mais aussi en Europe, à Rome, à l'Agence spatiale italienne (ASI); ainsi qu'à San Diego, en Californie, au Malin Space Science Systems et au JPL.
Le vaisseau est composé en grande partie de carbone (un matériau composite contenant du graphite renforcé de plastique), ainsi que de plaquettes alvéolées en aluminium. La charge utile de l'orbiteur dépend du poids du réservoir de carburant, qui occupe la plus grande partie de la structure du vaisseau, il est en titane.
- La masse totale est inférieure à 2 180 kilogrammes.
- La masse à vide (sans carburant) est de moins de 1 031 kilogrammes.
À l'origine, l'orbiteur pesait 2 180 kilogrammes (soit 4 806 livres), mais les ingénieurs ont réussi à réduire le poids de la sonde de 51 kilogrammes (soit 112 livres). Cet allègement de la structure permettra de rajouter un supplément d'hydrazine, afin d'étendre la durée de vie de la sonde jusqu'en 2014.
Système d'alimentation électrique
L'énergie électrique de la sonde Mars Reconnaissance Orbiter provient uniquement de ses deux panneaux solaires. Chaque panneau peut pivoter de façon indépendante autour de deux axes (rotation du haut vers le bas, ou de gauche à droite). Chaque panneau solaire a une aire d'environ 10 mètres carrés, et contient 3744 cellules solaires distinctes. Ces cellules sont constituées de trois couches, elles permettent de convertir plus efficacement l'énergie solaire en électricité. Dans le cas de MRO, ces cellules sont capables de convertir plus de 26% de l'énergie du Soleil en électricité, et connectées ensemble, elles sont capables de délivrer une tension de 32 V. Sur Mars, les deux panneaux solaires fourniront environ 1000 watts à la sonde.
Mars Reconnaissance Orbiter utilisera deux batteries rechargeables au Nickel métal hydrure. Les batteries sont utilisées comme source d'énergie lorsque les panneaux solaires ne font pas face au Soleil (comme durant le lancement, l'insertion orbitale ou le freinage atmosphérique), ou lors des passages dans l'ombre de Mars. Chaque batterie une capacité de 50 Ah, mais la sonde n'ayant pas besoin de toute cette énergie, la batterie sera probablement utilisée au début vers 40% de sa capacité. Cette capacité diminue avec leur usure et celle des panneaux solaires. Lorsque la tension restante tombera sous 20 V, l'ordinateur de bord cessera de fonctionner.
Electronique embarquée
L'ordinateur principal de Mars Reconnaissance Orbiter est un processeur 32-bit RAD750, comprenant 10.4 millions de transistors, et dont l'horloge interne est cadencée à 133 MHz. Ce processeur est une version spéciale du processeur PowerPC750 aussi appelé G3, mais cette version est durcie pour résister aux radiations spatiales. Une carte mère spécifique a été réalisée pour l'occasion. Le processeur RAD750 est le successeur du RAD6000. Bien entendu, ce processeur peut paraître désuet si on le compare à un PC ou à un Macintosh, mais ce processeur est particulièrement fiable dans l'espace, il peut même fonctionner lors des tempêtes solaires.
Les données scientifiques sont stockées dans une mémoire flash de 160 Gigabits (20 giga-octets), constituée d'environ 700 puces de mémoire, chaque puce ayant une capacité de 256 Mo. Cette capacité de stockage n'est pas très importante si l'on considère que le volume de données acquis pèsera lourd. En effet, une seule image de la caméra HiRISE pourra occuper jusqu'à 28 Gigabits de données.
Le système d'exploitation du vaisseau, VxWorks dispose de nombreux outils permettant d'effectuer un monitoring du vaisseau. De nombreux protocoles inclus dans VxWorks lui permettent de diagnostiquer précisément d'éventuelles erreurs.
Les systèmes de navigation et des senseurs fourniront des données aux ingénieurs (position du vaisseau, cap et altitude).
- Seize senseurs solaires (dont huit de secours) sont placés tout autour du vaisseau, pour mesurer la position de celui-ci par rapport au Soleil.
- Deux « chasseurs » d'étoiles seront utilisés pour fournir un pointage de précision à l'orbiteur, afin de déterminer son orientation et son altitude. Ces « chercheurs d'étoiles » sont de simples caméras numériques utilisées pour reconnaître la position d'étoiles déjà cataloguées de manière autonome.
- Deux centrales inertielles sont aussi présentes à bord (dont une de secours). Elles fourniront des données lors des mouvements du vaisseau. Chaque centrale à inertie est constituée de trois accéléromètres et de trois gyroscopes de type gyroscope-laser (RLG : Ring Laser Gyroscope) .
Système de télécommunications
Le sous-système dédié aux télécommunications utilise une grande antenne pour transmettre ses données à la fréquence couramment utilisée pour les sondes interplanétaires (soit la bande X, à la fréquence de 8 GHz). MRO innovera en utilisant de manière expérimentale la bande Ka, à 32 Ghz, afin de transmettre des données à haut-débit. La vitesse de transmission des données pourrait atteindre 6 Mbit/s, selon les prévisions. Ce taux de transfert de données est dix fois plus élevé que pour les précédents orbiteurs martiens. Deux amplificateurs seront utilisées pour la fréquence radio en bande-X (puissance émise de 100 watts, le second amplificateur étant un appareil de secours). Un amplificateur en bande-Ka consomme 35 watts. Au total, la sonde achemine deux transpondeurs.
Deux antennes plus petites, à faible gain, sont aussi intégrées à la sonde, pour les communications à bas débit (elles seront utilisées en cas de situations critiques, lors du lancement ou de l'insertion en orbite martienne). Ces antennes n'ont pas besoin d'être pointées vers la Terre, elles peuvent transmettre et émettre dans n'importe quelle direction.
Système de propulsion
Un réservoir de carburant de 1175 litres est rempli avec 1187 kg d'hydrazine, un monergol. La pression à l'intérieur du réservoir est régulée par gaz (de l'hélium pressurisé) présent dans un autre réservoir dédié. Près de 70% du carburant sera utilisé pour l'insertion orbitale.
La sonde est dotée de 20 moteurs de poussée.
- 6 moteurs de forte poussée, principalement destinés à l'insertion en orbite. Chacun des moteurs produit 170 newtons de poussée ; soit un total de 1020 newtons de poussée.
- 6 moteurs intermédiaires, pour effectuer des manœuvres de correction de trajectoire, mais aussi pour contrôler la position angulaire, ainsi que la rotation de la sonde durant l'insertion orbitale (en anglais, on parle de l'attitude control pour désigner tous les appareils qui permettent de déterminer l'orientation de l'orbiteur). Chacun de ces moteurs intermédiaires produit 22 newtons de poussée.
- 8 petits moteurs de poussée, aussi présents pour déterminer et corriger l'orientation du véhicule spatial (contrôle de la position angulaire, de la rotation de l'orbiteur). Ces moteurs d'appoint serviront aussi pour toutes les autres opérations lorsque la sonde fonctionnera de manière nominale. Chaque moteur de faible poussée produit 0,9 newtons.
Quatre gyroscopes sont aussi inclus, afin d'orienter finement le satellite, comme par exemple lors de l'acquisition d'images à très haute résolution, où le moindre « faux mouvement » de l'orbiteur pourrait rendre l'image floue. Chaque gyroscope est utilisé pour un mouvement axial. Le quatrième gyroscope pourra remplacer n'importe lequel des trois autres en cas de défaillance éventuelle. Chaque gyroscope pèse 10 kg, et peut tourner très rapidement (jusqu'à 6000 tours par minute).
