20 Octobre 2014

Mission

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Objectifs Scientifiques

La mission Mars Science Laboratory a quatre objectifs scientifiques principaux :

Déterminer si la vie a pu exister sur Mars.

Les premiers indices qui indiqueront si la vie a pu exister sur Mars sont liés aux conditions environnementales qui ont prévalu. Les dernières missions vers Mars (Mars Exploration Rovers et Mars Express) ont démontré que de l'eau à l'état liquide a bien existé peu après la formation de la planète et pendant quelques millions d'années. Les scientifiques espèrent maintenant déterminer si les autres éléments qui ont pu se combiner pour conduire à l'apparition de la vie sont encore présents sur Mars. MSL va rechercher quelques un de ces éléments chimiques : le carbone, l'hydrogène, l'azote, l'oxygène, le phosphore et le soufre.

Les formes de vie que nous connaissons utilisent aussi d'autres éléments en petites quantités tels que le fer, le sodium, le calcium, le manganèse, etc. Enfin, la vie a besoin de sources d'énergie. Sur Terre cette énergie est probablement venue au début de réactions chimiques d'oxydo-réduction. Actuellement elle provient essentiellement du Soleil à travers la photosynthèse. Les formes de vie nécessitent aussi des conditions environnementales suffisamment stables pour résister aux événements brutaux tels que des éruptions volcaniques massives ou des impacts majeurs de météorites. Enfin les formes de vie doivent être protégées des radiations ultra-violettes et des oxydants puissants ; elles subsistent si la température varie relativement peu et si l'eau reste disponible en quantité suffisante. La mission est conçue pour étudier les cycles du carbone et de l'eau sur la planète au cours du temps. Les instruments de MSL tenteront de déterminer sous quelle forme et en quelle quantité le carbone et l'eau sont stockés sur la planète et dans l'atmosphère.

Caractériser le climat de Mars.

MSL permettra de caractériser le paléoclimat de Mars ainsi que les processus climatiques de la basse et haute atmosphère. Dans le passé, si Mars a été plus chaude, alors son atmosphère devait être plus dense et plus humide. De nos jours, l'atmosphère de Mars étant peu dense et froide, presque toute l'eau a quité la surface de la planète. Une atmosphère ancienne plus épaisse et plus humide peut avoir fourni des conditions environnementales plus favorable à la vie microbienne dans la protohistoire de Mars.

MSL permettra de déterminer plus précisément la composition de l'atmosphère martienne, par exemple en mesurant les isotopes stables d'éléments tels que le carbone. Presque tous les éléments nécessaires à la vie ont au moins deux isotopes stables. Les organismes vivants utilisent souvent de façon sélective un isotope particulier en fonction de sa disponibilité et sa masse. Les conditions environnementales affectent aussi la disponibilité des divers isotopes. MSL recherchera les biosignatures telles que de brusques changement dans des abondances isotopiques qui peuvent être associées à la vie et étudiera la composition des roches, sols et structures de la surface qui peuvent être liées aux changement dans l'atmosphère de la planète au cours du temps.

MSL étudiera les variations du climat martien et caractérisera la distribution de l'eau, du dioxyde de carbone et de l'hydrogène dans l'atmosphère et près de la surface. MSL mesurera aussi les radiations bombardant la surface de la planète, incluant les rayons cosmiques, les protons solaires et les neutrons.

Caractériser la géologie de Mars.

L'histoire de Mars est enregistrée dans les couches géologiques de Mars (l'équivalent géologique des stries de croissance des arbres). MSL est conçu pour étudier ces enregistrements dans les roches et le sol pour comprendre les processus géologiques qui ont créé et modifié la croûte martienne et la surface dans le temps. En particulier, il recherchera des preuves de la formation des roches en présence d'eau.

Préparer l'exploration humaine.

En démontrant la possibilité de faire atterrir de grosses et lourdes charges sur la surface de Mars, MSL ouvrira la voie à l'envoi d'équipements et de grosses infrastructures nécessaires au futurs explorateurs humains. L'expérience en techniques d'atterrissage précis constituera aussi un des premiers pas vers le développement de capacités d'envoi d'astronautes vers une destination précise de façon sûre et fiable.

Mission

Le lancement

Le lancement de Mars Science Laboratory a eu lieu le 26 novembre 2011. L'arrivée correspondante a eu lieu le 6 août 2012. Cette période de lancement a été choisie en fonction de la disponibilité de Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) et des stratégies de communication directe avec la Terre pour les phases d'entrée, de descente et d'atterrissage.

NASA's Kennedy Space Center en Floride, a sélectionné début juin 2006, Lockheed Martin Commercial Launch Services Inc. pour fournir une fusée Atlas V pour lancer MSL. La fusée ATLAS V a une capacité sous coiffe de 5 mètres. Au lancement la masse du vaisseau composite était d'environ 3900 kilogrammes.

Vaisseau composite   Vaisseau composite ouvert

La croisière

La phase de croisière a commencé peu de temps après la séparation du vaisseau du lanceur après la phase de lancement. La croisière a pris fin lorsque le vaisseau était à 45 jours de l'entrée dans l'atmosphère martienne. A ce moment là a commencé la phase d'approche.

Les principales activités durant la phase de croisière étaient :

    • Vérification du bon fonctionnement et maintenance du vaisseau dans sa configuration de croisière
    • suivi et calibration du vaisseau et des sous-systèmes
    • correction d'attitude (rotation pour maintenir l'antenne pointée vers la Terre pour les communications et les panneaux solaires pointés vers le Soleil pour l'énergie)
    • activités de navigation, incluant les manœuvres de correction de trajectoire, pour déterminer et corriger la trajectoire du vaisseau et pour former les navigateurs avant l'approche
    • préparation de la phase d'entrée/descente/atterrissage et des opérations en surface, incluant les tests de communication utilisé pendant l'entrée/descente/atterrissage.

    L'approche

    Pour assurer une entrée/descente/atterrissage réussis, les ingénieurs ont commencé une préparation intensive pendant la phase d'approche, 45 jours avant que le vaisseau entre dans l'atmosphère martienne. Cette phase s'est étendue sur 3500 kilomètres mesuré à partir du centre de la planète rouge.

    Les activités sur lesquelles les ingénieurs se sont focalisés pendant la phase d'approche incluent :

      • les manœuvres de corrections finales de la trajectoire, qui ont été utilisées pour faire des ajustements finaux de la trajectoire d'entrée du vaisseau sur Mars
      • la mise à jour de l'attitude, si nécessaire, pour les communications et l'énergie
      • les mesures de fréquence qui assure le suivi de la position du vaisseau et assure une arrivée précise
      • le lancement du logiciel de comportement pour l'entrée/descente/atterrissage, qui exécute automatiquement des commandes pendant cette phase
      • la mise à jour des paramètres d'entrée/descente/atterrissage
      • les activités du vaisseau menant au retournement final pour l'entrée/descente/atterrissage et la séparation de l'étage de croisière
      • le téléchargement des séquences de surface et des fenêtres de communication nécessaires pour les premiers "sols" (un "sol" est un jour martien).

      Entrée/Descente/Atterrissage

      La phase d'entrée/descente/atterrissage (entry, descent, and landing : EDL) a commencé lorsque le vaisseau a atteint l'atmosphère martienne, environ 125 kilomètres au dessus de la surface, et a pris fin lorsque le rover s'est posé en bon état sur la surface de Mars.

      Phases de l'entrée dans l'atmosphère de Mars   Phases de l'entrée dans l'atmosphère de Mars

      L'entrée/descente/atterrissage a inclu une combinaison de technologies héritées des précédentes mission vers Mars de la NASA, ainsi que de nouvelles technologies jamais utilisées. En effet, la taille du rover (environ 775 kg) interdisait d'utiliser une solution d'atterrissage avec des airbags familiers des précédentes missions martiennes. En remplacement, MSL a utilisé un système de grue aéroportée, qui était capable de déposer au sol ce gros rover. Elle l'a déposé sur ses roues, prêt à démarrer sa mission.

      La nouvelle architecture d'entrée/descente/atterrissage, avec son utilisation d'une entrée guidée, a permi une meilleure précision. Là où les Mars Exploration Rovers auraient pu atterrir n'importe où dans leurs ellipses respectives d'atterrissage de 150 par 20 kilomètres, Curiosity a atterri dans une ellipse de 20 kilomètres ! Cette grande précision d'atterrissage a ouvert plus de zones potentielles d'exploration de Mars et pourra permettre aux scientifiques de voyager virtuellement là où ils n'ont pu aller jusqu'à présent. La séquence d'entrée/descente/atterrissage s'est décomposée en 4 phases :

        • Entrée guidée - le module était contrôlé par de petits propulseurs pendant la descente à travers l'atmosphère martienne, vers la surface.
        • Descente en parachute - comme Viking, Pathfinder et les Mars Exploration Rovers, MSL a été ralenti par un seul et grand parachute.
        • Descente contrôlée - à nouveau, les propulseurs ont contrôlét la descente du module jusqu'à ce que le rover se sépare de la grue aéroportée.
        • Grue aéroportée - comme avec une grosse grue sur terre, le rover a été descendu pour un atterrissage en douceur - roue vers le bas - sur la surface de Mars.

        Grue de descente du rover

         NASA/JPL-Caltech/ESA/DLR/FU Berlin/MSSS
        Réduction de l'aire d'atterrissage du rover Curiosity par la Nasa
        Crédit : NASA/JPL-Caltech/ESA/DLR/FU Berlin/MSSS

        Les opérations en surface

        Après avoir atteint la surface de la planète rouge, Curiosity est conçu pour une mission primaire d'une durée d'une année martienne. Il fonctionnera pendant au moins 687 jours terrestres, survivant au minimum à un hiver martien. Curiosity est conçu de manière à avoir une plus grande garde au sol et une plus grande mobilité que les précédents rovers, pouvant parcourir une distance de 5 à 20 kilomètres depuis son site d'atterrissage. Au cours de son exploration, le rover collectera, pulvérisera, distribuera, et analysera approximativement 70 échantillons de sols et de roches.