Programme Viking - Définition

L'infrastructure de contrôle de la mission

Le Viking Mission Control Center (VMCC) incluait un centre de contrôle terrestre pour la centralisation des informations, les zones de support de la mission (Mission Support Areas) et le Système de simulation Viking.

Le centre de contrôle terrestre de la mission Viking était le Space Flight Operation Facility (SFOF) du Jet Propulsion Laboratory, à Pasadena en Californie. Le SFOF était le lieu de gestion de la mission, et de suivi et réception des données transmises par Viking, et reçues depuis le Deep Space Network (DSN), réseau de transfert de données spatial du JPL. Le SFOF a été construit en 1963. Il est toujours actif aujourd'hui pour les missions du JPL. C'est un immeuble de trois étage, équipé de sa propre centrale électrique. Dès 1963, l'immeuble était équipé d'un système d'air conditionné sophistiqué pour permettre le bon fonctionnement des systèmes électroniques et informatiques de l'époque, très sensibles aux conditions de l'air ambiant.

Objectifs

Le projet Viking consiste en un lancement de deux vaisseaux spatiaux vers Mars en vue de mener des expérimentations scientifiques. Les expériences biologiques étaient conçues pour détecter de la vie dans le sol martien. Les expériences étaient conçues par trois équipes différentes.

Chaque vaisseau était composé d'un orbiteur et d'un atterrisseur. Après s'être mis en orbite autour de Mars et avoir renvoyé les images permettant de sélectionner le site d'atterrissage, l'atterrisseur se séparait de l'orbiteur. L'atterrisseur entrait dans l'atmosphère martienne et se posait sur le site sélectionné. À ce stade de la mission, les deux objectifs scientifiques du programme Viking à remplir étaient :

• pour l'orbiteur : cartographier le plus précisément possible la surface de Mars.
• pour l'atterrisseur : détecter une éventuelle présence de vie au stade élémentaire.

Le Space Flight Operation Facility (SFOF) à l'époque des missions Viking (photo de 1976)

L'atterrisseur

Atterrisseur de la mission Viking

Carl Sagan aux côtés d'un modèle du module d'atterissage de Viking Lander montre l'échelle de ce dernier

L'atterrisseur construit par Martin Marietta consiste en une structure à six pans réalisée en aluminium. Ces pans ont une longueur alternée de 1,09 m et 0,56 m. Ils reposent sur les trois jambes du train d'atterrissage, attachées aux côtés les plus courts. Lorsqu'on les regarde du dessus, les jambes d'atterrissage forment les côtés d'un triangle équilatéral de 2,21 m de côté. Les instruments étaient attachés au sommet de l'atterrisseur, et surplombaient ainsi la surface du sol, une fois les jambes d'atterrissage déployées.

L'énergie électrique était fournie par deux générateurs thermoélectriques à radioisotope. Ces systèmes à base de plutonium-238 utilisent des matériaux radioactifs (comme le plutonium 238), qui génèrent de la chaleur en rayonnant dans des matériaux non radioactifs. La chaleur est alors convertie en électricité par des thermocouples en utilisant l'effet thermoélectrique. Ils étaient fixés sur les faces opposées de la base de l'atterrisseur, et protégés du vent par des écrans. Chaque générateur avait une taille de 28 cm, 58 cm de diamètre, et une masse de 13,6 kg. Il pouvait fournir 30 watts d'énergie en continu, sous une tension de 4,4 volts. Quatre piles électriques rechargeables au cadmium-nickel de 8 ampères/h sous une tension de 28 volts étaient également présentes afin de prévenir les baisses de puissance.

Pour amorcer sa descente vers le sol martien l'atterrisseur utilisait un moteur-fusée fonctionnant avec un monergol à l'hydrazine(N₂H₄). Douze tuyères regroupés en trois grappes de quatre fournissaient une poussée de 32 newtons, produisant un delta-V de 180 m/s. Ces moteurs étaient également utilisés pour les manœuvres d'orientation. La phase finale de la descente et l'atterrissage étaient assurés par trois propulseurs utilisant de l'hydrazine. Ces trois propulseurs étaient fixés sur chaque section longue de la base du vaisseau, avec un pas de 120 degrés. Chaque propulseur était équipé de 18 tuyères pour disperser les gaz éjectés et réduire le souffle sur le sol martien. La poussée de ces propulseurs était modulable de 276 N à 2 667 N.

L'hydrazine embarquée était préalablement purifiée pour éviter toute contamination de la surface martienne. L'atterrisseur emportait 85 kg de carburant, contenus dans deux réservoirs sphériques en titane, accrochés sur deux faces opposées de l'atterrisseur, au-dessous des écrans de protection contre le vent. La masse totale du vaisseau avec tous ces équipements était de 657 kg. Le contrôle de la navigation était assuré grâce à des centrales inertielles, quatre gyroscopes, un accéléromètre, un altimètre radar, un radar de descente et d'atterrissage, agissant sur la puissance des propulseurs de contrôle.

Le bouclier de protection thermique de l'atterrisseur

Chaque atterrisseur était recouvert depuis le lancement, jusqu'à la rentrée atmosphérique sur Mars, par un bouclier de protection thermique utilisé pour freiner le vaisseau pendant la rentrée atmosphérique, mais aussi pour prévenir la contamination de la surface martienne par une vie microbienne d'origine terrestre qui aurait pu survivre au voyage dans le vide. À titre de protection anti-bactériologique complémentaire, chaque atterrisseur, après la phase d'assemblage et de montage sur le bouclier de protection, séjournait pendant une durée de 7 jours dans une salle portée à la température de 120 ° c. À l'issue de cette période, une protection biologique était posée par dessus le bouclier. Cette protection était larguée après que l'étage Centaur ait fait quitter l'orbite terrestre à la sonde Viking. Ces méthodes de protection des planètes mises au point dans le cadre des missions Viking sont toujours en vigueur pour les nouvelles missions inter-planétaires.

Ordinateur de bord

Préparation d'un module atterrisseur Viking en environnement stérile

L'intelligence de l'atterrisseur était constituée par son système de guidage et son ordinateur de gestion des tâches. Les ordinateurs de la sonde Viking était basés sur des systèmes de marque RCA Cosmac 1802 ((en) voir RCA 1802) réputés pour résister aux rayonnements spatiaux et aux variations de température grâce à leur technologie CMOS.

Cet ordinateur commandait la totalité des éléments de l'atterrisseur avec des logiciels embarqués qui pouvaient être mis à jour par téléchargement depuis la Terre. La conception de l'ordinateur de bord fut l'un des principaux problèmes posés aux ingénieurs du programme. Il consistait en un système redondant (voir Tolérance aux pannes) double, équipé de mémoires à fil plaqué (voir (en) Plated wire memory de 18 000 mots de capacité). Le système était prévu pour qu'un ordinateur soit en réserve pendant que l'autre était actif. Parmi les programmes chargés dans l'ordinateur, figurait un logiciel capable de gérer entièrement la mission pendant les 22 premiers jours passés sur Mars, sans avoir à contacter la Terre. Ce logiciel était modifié et mis à jour dès que l'atterrisseur avait pris contact avec le centre de contrôle sur Terre.

Système de communication

Les communications transitaient par un émetteur de 20 watts en Bande S et deux émetteurs à tube à ondes progressives de 20 watts. Une antenne parabolique grand gain, orientable sur deux axes, était montée sur un mât près de la base de l'atterrisseur. Une antenne omnidirectionnelle faible gain émettant en Bande S était également montée près de la base de l'atterrisseur. Cette antenne était utilisée pour les communications radio directes avec le centre de contrôle sur Terre. Une antenne UHF d'une puissance de 30 W et émettant sur 381 Mhz était également installée pour jouer le rôle de relais half duplex avec l'orbiteur.

Système de stockage de données

Les données pouvaient être stockées sur un enregistreur à bande de 40 Mégabits, dans une mémoire de 8 200 mots ou expédiées instantanément par l'antenne en Bande S. La mémoire était utilisée en tampon d'entrée provisoire pour stocker les données expérimentales pendant de courtes périodes. Les données à conserver pour de longues périodes étaient transférées sur l'enregistreur à bande. L'atterrisseur pouvait conserver ses données sur bande pour les transmettre dès qu'un module Viking orbiteur le survolait ou lorsque ses dispositifs de communication pouvaient entrer en communication directe avec la Terre.

Instrumentation

L'atterrisseur transportait les instruments indispensables pour la mission première du Viking, à savoir l'étude scientifique de la planète Mars. Les instruments devaient permettre l'étude de la biologie, la composition chimique organique et inorganique, la météorologie, la sismologie, les propriétés magnétiques, l'apparence et les propriétés physiques de la surface de Mars et de son atmosphère.

Gros plan sur le bras de collecte d'échantillon du module d'atterissage

Deux caméras numériques cylindriques à 360 ° étaient montées sur le côté long de la base du vaisseau. Un bras d'expérimentation muni d'un réceptacle pour collecter les échantillons était implanté du même côté que la caméra, au centre. Une centrale météorologique avec capteur de température, de direction et vitesse du vent était située à l'extérieur du vaisseau, sur le dessus de l'une des jambes d'atterrissage. Un senseur de pression était attaché sous le corps de l'atterrisseur.

Un sismomètre, détecteur de champ magnétique, ainsi que des cibles de mise au point et de test des caméras, accompagnés d'un miroir d'agrandissement étaient situés à l'opposé des caméras, à proximité de l'antenne à fort gain. Au sein de l'atterrisseur, un compartiment dont l'environnement était contrôlé contenait les expériences biologiques et le chromatographe à gaz et spectrométrie de masse. Le spectromètre à rayons X à fluorescence était lui aussi monté à l'intérieur de la structure du véhicule. Le poids des appareillages pour l'expérimentation scientifique était d'environ 91 kg.