Mars Science Laboratory - Définition et Explications

Introduction

Le Mars Science Laboratory, baptisé Curiosity, est un astromobile (rover) de la NASA destiné à l'exploration de la planète Mars, qui doit être lancé en novembre 2011 par une fusée Atlas V pour atteindre la planète (Une planète est un corps céleste orbitant autour du Soleil ou d'une autre étoile de l'Univers et possédant une masse suffisante pour que sa gravité la maintienne en équilibre hydrostatique,...) Mars à l'été 2012 et y réaliser le premier atterrissage (L’atterrissage désigne, au sens étymologique, le fait de rejoindre la terre ferme. Le terme recouvre cependant des notions différentes suivant qu'il est employé dans...) de précision. Il est prévu pour fonctionner une année (Une année est une unité de temps exprimant la durée entre deux occurrences d'un évènement lié à la révolution de la Terre autour du Soleil.) martienne, soit 668 jours martiens, ce qui représente 686 jours terrestres.

Son objectif premier est d'évaluer l'habitabilité passée et présente de la planète rouge (Planète rouge (Red Planet) est un film américain réalisé par Antony Hoffman, sorti en 2000.), et il est également conçu pour mener des recherches sur la géologie (La géologie, du grec ancien γη- (gê-, « terre ») et λογος (logos,...) martienne, notamment des analyses de roches prélevées aussi bien en surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois frontière physique, et est souvent abusivement confondu avec sa...) qu'en profondeur par forage.

L'engin sera cinq fois plus lourd que les rovers Spirit et Opportunity, et emportera dix fois plus de matériel que ces dernières, matériel fourni (Les Foúrnoi Korséon (Grec: Φούρνοι Κορσέων) appelés plus communément...) par les États-Unis, le Canada, l'Allemagne, la France, la Russie et l'Espagne. Le coût total ( Total est la qualité de ce qui est complet, sans exception. D'un point de vue comptable, un total est le résultat d'une addition, c'est-à-dire une somme. Exemple : "Le total des dettes". En physique...) de la mission est estimé à 2,3 milliards de dollars US.

Objectifs

La mission Mars Science Laboratory (Le Mars Science Laboratory, baptisé Curiosity, est un astromobile (rover) de la NASA destiné à l'exploration de la planète Mars, qui doit être lancé en...) poursuit quatre objectifs principaux :

• déterminer si la vie (La vie est le nom donné :) a pu exister sur Mars ;
• caractériser le climat (Le climat correspond à la distribution statistique des conditions atmosphériques dans une région donnée pendant une période de temps donnée. Il se distingue de la météorologie qui...) de Mars ;
• préciser la géologie de Mars ;
• préparer l'exploration (L'exploration est le fait de chercher avec l'intention de découvrir quelque chose d'inconnu.) humaine de la planète rouge (La couleur rouge répond à différentes définitions, selon le système chromatique dont on fait usage.).

Dans cette optique (L'optique est la branche de la physique qui traite de la lumière, du rayonnement électromagnétique et de ses relations avec la vision.), et particulièrement du point (Graphie) de vue (La vue est le sens qui permet d'observer et d'analyser l'environnement par la réception et l'interprétation des rayonnements lumineux.) de l'habitabilité de la planète, Mars Science Laboratory devra travailler selon huit axes principaux :

1. recenser les composés organiques présents à la surface de Mars et établir leur distribution ainsi que leur concentration
2. quantifier les éléments chimiques fondamentaux de la biochimie : carbone (Le carbone est un élément chimique de la famille des cristallogènes, de symbole C, de numéro atomique 6 et de masse atomique 12,0107.), oxygène (L’oxygène est un élément chimique de la famille des chalcogènes, de symbole O et de numéro atomique 8.), hydrogène (L'hydrogène est un élément chimique de symbole H et de numéro atomique 1.), azote (L'azote est un élément chimique de la famille des pnictogènes, de symbole N et de numéro atomique 7. Dans le langage courant, l'azote désigne...), phosphore (Le phosphore est un élément chimique de la famille des pnictogènes, de symbole P et de numéro atomique 15.) et soufre (Le soufre est un élément chimique de la famille des chalcogènes, de symbole S et de numéro atomique 16.)
3. identifier d'éventuelles traces (TRACES (TRAde Control and Expert System) est un réseau vétérinaire sanitaire de certification et de notification basé sur internet sous la responsabilité de la...) de processus biologiques
4. caractériser la composition de la surface martienne et des couches superficielles du sol d'un point de vue minéralogique, isotopique et chimique
5. comprendre les processus de formation et d'altération des sol et des roches sur Mars
6. déterminer le schéma d'évolution de l'atmosphère de Mars (L’atmosphère de Mars désigne la couche de gaz entourant la planète Mars. La pression au sol de l'atmosphère martienne varie entre 30 Pa (0,03 kPa), au...) sur les quatre derniers milliards d'années
7. établir le cycle de l'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les organismes vivants connus.) et le cycle du dioxyde de carbone (Le dioxyde de carbone, communément appelé gaz carbonique ou anhydride carbonique, est un composé chimique composé d'un atome de carbone et de deux atomes...) sur Mars ainsi que la distribution actuelle de ces deux molécules sur la planète
8. mesurer le spectre large des radiations à la surface de Mars issues des rayons cosmiques, des bouffées de protons énergétiques émis par les éruptions solaires ou par les ondes (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation réversible de propriétés physiques locales. Elle transporte de l'énergie sans transporter de...) de choc (Dès que deux entitées interagissent de manière violente, on dit qu'il y a choc, que ce soit de civilisation ou de particules de hautes énergies.) d'éjections de masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un corps : l'une quantifie l'inertie du corps (la masse inerte) et l'autre la contribution du corps à la force de gravitation (la...) coronale, voire des neutrons secondaires issus de réactions de fission nucléaire (La fission nucléaire est le phénomène par lequel le noyau d'un atome lourd (noyau qui contient beaucoup de nucléons, tels les noyaux d'uranium et de...) dans l'atmosphère (Le mot atmosphère peut avoir plusieurs significations :) sous l'effet des rayonnnements incidents.

Spécifications du rover

Par rapport à ses prédécesseurs le rover est un engin particulièrement imposant — 775 kg, contre 174 kg pour les rovers Spirit et Opportunity, et à peine 10,6 kg pour Sojourner — ce qui lui permet d'embarquer 80 kg d'instruments (contre 6,8 kg pour Spirit et Opportunity). Il est long de 2,7 m et peut se déplacer théoriquement à une vitesse (On distingue :) de 90 m/h en navigation (La navigation est la science et l'ensemble des techniques qui permettent de :) automatique (L'automatique fait partie des sciences de l'ingénieur. Cette discipline traite de la modélisation, de l'analyse, de la commande et, de la régulation des...), mais ne devrait pas pouvoir effectuer plus de 30 m/h en moyenne (La moyenne est une mesure statistique caractérisant les éléments d'un ensemble de quantités : elle exprime la grandeur qu'auraient chacun des membres de l'ensemble s'ils étaient tous identiques sans...) compte tenu des irrégularités du terrain ou des problèmes de visibilité (En météorologie, la visibilité est la distance à laquelle il est possible de distinguer clairement un objet, quelle que soit l'heure. On peut...). On table sur une distance totale parcourue à la surface de Mars d'au moins une vingtaine de kilomètres (Le mètre (symbole m, du grec metron, mesure) est l'unité de base de longueur du Système international. Il est défini comme la distance parcourue par la lumière dans le vide en 1/299 792 458 seconde.) sur les deux années terrestres que doit durer la mission au minimum.

Comparaison des roues (La roue est un organe ou pièce mécanique de forme circulaire tournant autour d'un axe passant par son centre.) d'Opportunity, de Sojourner et du rover MSL.

Au départ de l'orbite terrestre (Une orbite terrestre est une orbite située autour de la Terre. La Lune, le seul satellite naturel de la Terre, est située sur une orbite terrestre. Les satellites artificiels sont...), le vaisseau spatial qui emporte le rover pèsera 3 400 kg comprenant, outre les 850 kg du rover proprement dit, 600 kg pour l'étage de croisière, qui prend en charge (La charge utile (payload en anglais ; la charge payante) représente ce qui est effectivement transporté par un moyen de transport donné, et qui donne lieu à un paiement ou un bénéfice non...) le trajet Terre-Mars et effectue les corrections de trajectoire (La trajectoire est la ligne décrite par n'importe quel point d'un objet en mouvement, et notamment par son centre de gravité.) nécessaires. L'étage de descente pèsera 829 kg, auxquels s'ajouteront 390 kg de carburant (Un carburant est un combustible qui alimente un moteur thermique. Celui-ci transforme l'énergie chimique du carburant en énergie mécanique.), 389 kg de bouclier thermique (Un bouclier thermique, dans le domaine de l'astronautique, est un dispositif destiné à protéger une partie d'un engin spatial contre l'échauffement cinétique.) et 349 kg d'enveloppe externe arrière.

Le rover sera bien plus performant que les robots actuels grâce à un générateur thermoélectrique à radioisotope (Un générateur thermoélectrique à radioisotope, (en anglais RTG : Radioisotope thermoelectric generator) est un générateur électrique de conception simple, créant de l'énergie électrique par désintégration...) (RTG) développé par le Département de l'Énergie des États-Unis utilisant une charge de 4,8 kg de dioxyde de plutonium (Le plutonium est un métal lourd de symbole chimique Pu et de numéro atomique 94, très dense — approximativement 1,74 fois plus lourd que le plomb — radioactif et...) PuO₂ enrichi en plutonium 238 (Le plutonium 238, noté 238Pu, est l'isotope du plutonium dont le nombre de masse est égal à 238 : son noyau atomique compte 94 protons et 144 neutrons avec un spin 0+ pour une...) générant une puissance (Le mot puissance est employé dans plusieurs domaines avec une signification particulière :) initiale d'environ 2 000 W thermiques convertis nominalement en 120 W électriques par thermocouples PbTe/TAGS : Mars Science Laboratory pourra ainsi disposer d'une énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la lumière, de produire un mouvement.) abondante de 2,5 kWh/j au lieu de 0,6 à 0,9 kWh/j sur Opportunity, dont la puissance résiduelle, le 12 mai 2009 (après 1884 sols) n'était plus que de 460 Wh/j. De surcroît, cette puissance sera indépendante de l'intensité du rayonnement (Le rayonnement, synonyme de radiation en physique, désigne le processus d'émission ou de transmission d'énergie impliquant une particule porteuse.) reçu du Soleil (Le Soleil (Sol en latin, Helios ou Ήλιος en grec) est l'étoile centrale du système solaire. Dans la classification astronomique, c'est une étoile de type naine...) et n'imposera donc pas d'arrêter la mission pendant l'hiver (L'hiver est une des quatre saisons des zones tempérées.) martien (Martien est un nom générique qui désigne plusieurs types de créatures imaginaires censées vivre sur mars. Selon la version la plus...), contrairement au cas de Spirit et d'Opportunity. MSL dispose d'une autonomie nominale d'une année martienne, soit près de deux années terrestres, mais sa source d'énergie devrait encore fournir 100 W électriques après 14 années terrestres de fonctionnement.

Un système de radiateurs composé de près de cinquante mètres de tubes dans lesquels circule un fluide (Un fluide est un milieu matériel parfaitement déformable. On regroupe sous cette appellation les gaz qui sont l'exemple des fluides compressibles, et les liquides, qui sont des fluides...) caloporteur permet de rejeter la chaleur (Dans le langage courant, les mots chaleur et température ont souvent un sens équivalent : Quelle chaleur !) excédentaire.

Le rover dispose de deux ordinateurs identiques « radiodurcis » — radiation-hardened ou rad-hard en anglais — pour résister aux rayons cosmiques, construits chacun autour (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne à 31 espèces d'oiseaux qui, soit appartiennent au genre...) d'un cœur RAD750 fournissant une puissance de 400 MIPS à 200 MHz, successeur du RAD6000 utilisé par les Mars Exploration Rovers. Chaque ordinateur (Un ordinateur est une machine dotée d'une unité de traitement lui permettant d'exécuter des programmes enregistrés. C'est un...) comporte 256 Ko d’EEPROM, 256 Mo de mémoire (D'une manière générale, la mémoire est le stockage de l'information. C'est aussi le souvenir d'une information.) DRAM (La drachme est une unité ancienne de masse, utilisée depuis l'Antiquité.) et 2 Go de mémoire flash (La mémoire flash est une mémoire de masse à semi-conducteurs ré-inscriptible, c'est-à-dire une mémoire possédant les caractéristiques d'une mémoire vive mais dont les données...). Une centrale à inertie (Une centrale à inertie ou centrale inertielle est un appareil de navigation de précision comportant des gyroscopes, des capteurs d'accélération et de vitesse angulaire et calculant en temps réel à partir de ces...) à trois axes doit faciliter la navigation sur le terrain.