Mars 2 et 3


Caractéristiques
En 1971, les deux missions russes Mars 2 et Mars 3 étaient basées sur un nouveau concept de sonde, constitué d'un compartiment orbital, destiné comme son nom l'indique à être mis en orbite autour de Mars, et d'un compartiment de descente, qui devait se poser sur la surface martienne. Les deux sondes soviétiques Mars 2 et Mars 3 étaient pratiquement identiques. Mars 3 transportait cependant une expérience exclusive d'origine française, nommée Stéréo. Elle comportait une antenne de mesure fixée sur l'un des panneaux solaires et devait étudier le rayonnement solaire dans le domaine métrique (169 MHz) afin de mieux comprendre les sursauts d'activités du soleil. Les sondes pesaient plus de quatre tonnes au lancement, dont 3440 kg pour les compartiments orbitaux avec les réservoirs pleins, et 1210 kg pour les atterrisseurs. Elles étaient composées d'un cylindre de deux mètres de diamètre (les compartiments orbitaux), occupé en majeure partie par un réservoir de carburant.
Le système de propulsion était fixé sur la partie inférieure du cylindre central. Deux panneaux solaires s'étendaient sur les côtés et la parabole de 2,5 mètres de diamètre de l'antenne grand gain était également accrochée au cylindre. Elle était accompagnée par des antennes auxiliaires de faible puissance, dont celles dédiées à la communication avec le module de descente. Le système de navigation et la plupart des instruments étaient arrangés sur le pourtour de la partie inférieure des sondes.

Les compartiments orbitaux comprenaient :

-Un radiomètre infrarouge pour mesurer la température.
-Deux photomètres infrarouges, l'un pour mesurer la concentration de vapeur d'eau, l'autre pour mesurer la quantité de dioxyde de carbone et quantifier les reliefs martiens.
-Un photomètre ultraviolet pour détecter l'hydrogène atomique, l'oxygène et l'argon dans la haute atmosphère.
-Un ensemble radiotélescope/radiomètre pour se faire une idée des températures du sol et du sous-sol.
-Un magnétomètre pour mesurer le champ magnétique interplanétaire et de l'éventuel champ magnétique martien.
-Huit capteurs plasma pour mesurer la température, la vitesse et la composition du vent solaire.
-Une caméra grand angle (52 mm) et une caméra à angle étroit (350 mm) pour prendre des photos d'une résolution variant entre 10 et 100 mètres/pixel.
-Un système de communication radio pour déduire de nombreux paramètres atmosphériques.
Les modules de descente étaient fixés au sommet du cylindre du corps principal, à l'opposé du système de propulsion. Ils comportaient une capsule sphérique de 1,2 mètres de diamètre surmontée d'un imposant bouclier thermique de 2,9 mètres de diamètre, qui devait servir à protéger les atterrisseurs de l'échauffement généré lors de la traversée de l'atmosphère martienne.
Les atterrisseurs étaient équipés de deux caméras avec un champ de vision à 360°, un spectromètre de masse pour étudier la composition chimique de l'atmosphère, une station météorologique et un dispositif incluant une pelle pour creuser des tranchées dans le sol, afin d'étudier sa composition  chimique et de rechercher des matières organiques. Chaque module de descente comportait également un bras relié à une plate-forme qui supportait un bloc de sondage destiné à être catapulté au loin. Ce dispositif peut être considéré comme étant le précurseur des futurs robots martiens.


 
Déroulement de la mission
Les principaux objectifs des sondes Mars 2 et Mars 3 étaient très ambitieux. Les compartiments orbitaux devaient étudier la topographie et la composition chimique et physique de la surface martienne, l'atmosphère, le vent solaire et les champs magnétiques martien et interplanétaire, tout en servant de satellite relais entre la Terre et les atterrisseurs. Ces derniers devaient renvoyer des images du sol martien, analyser les données météorologiques, effectuer des analyses chimiques et mécaniques du sol, et rechercher des composés organiques, indice d'une éventuelle présence de vie martienne.
La sonde Mars 2 a décollé le 19 mai 1971 depuis le cosmodrome de Baïkonour. Après un voyage de six mois, le module de descente s'est désengagé du compartiment orbital. Ce dernier s'est correctement inséré en orbite le 27 novembre 1971. Mais le module de descente a connu quant à lui une fin peu glorieuse, car à cette époque, Mars était complètement ennoyée dans une vaste tempête de poussière planétaire. La sonde soviétique ne pouvait pas être reprogrammée à distance. Elle a donc suivi à la lettre un programme chargé à bord un peu avant le lancement, sans pouvoir tenir compte des épouvantables conditions atmosphériques de la planète rouge. Le module de descente aborda l'atmosphère chargée de poussières avec une vitesse de 6 km/s, soit 21600 km/h. Peu de temps après, il fut victime d'un dysfonctionnement attribué soit à un défaut de conception, soit à une panne causée par la tempête de poussière. Le module s'écrasa à la surface de Mars à une vitesse très élevée, près du bassin d'Hellas. Mars 2 devint ainsi le premier artefact humain à toucher le sol martien.
Le compartiment orbital de Mars 2 n'avait pas une manoeuvre aussi risquée à accomplir, mais la tempête de poussière planétaire ne lui a laissé aucun répit. Il était handicapé par la même contrainte que le module de descente, obéissant aveuglément à une programmation impossible à modifier. Ses caméras ont alors commencé à mitrailler la surface martienne, mais les images étaient presques toutes identiques, ne montrant qu'une surface grise et terne, et sur lesquelles aucun détail n'apparaissait.
La sonde Mars 3 fut lancé le 28 mai 1971. Le module de descente s'est désengagé du compartiment orbital le 2 décembre 1971, 4h30 avant son arrivée sur Mars, à une distance d'environ 50000 km. Quinze minutes plus tard, le moteur de descente fut mis à feu pour pointer le bouclier thermique vers la surface de Mars. Le module a abordé les hautes couches de l'atmosphère martienne à une vitesse de 5,7 km/s, puis le bouclier thermique abaissa la vitesse de l'atterrisseur à 0,7 km/s par freinage atmosphérique. Un parachute s'est ensuite ouvert quand la vitesse de la sonde fut inférieure à celle de la vitesse du son. A seulement quelques dizaines de mètres du sol martien, alors que la vitesse était encore de 60 à 110 m/s, le parachute s'est détaché avant d'être emporté au loin grâce à l'allumage d'une fusée latérale, ceci pour éviter que le parachute ne retombe sur la sonde, une fois celle-ci au sol. Simultanément, le radar altimétrique a commandé la mise à feu des rétrofusées de l'atterrisseur. Après une phase de rentrée atmosphérique qui n'a duré qu'un peu plus de trois minutes, l'atterrisseur de Mars 3 atteint enfin la surface de Mars, à une vitesse de 20,7 m/s. Le module de descente s'est posé  sur une basse plaine, dans la région de Terra Sirenum, le 2 décembre 1971. L'impact avec le sol fut violent, mais des absorbeurs de chocs étaient là pour encaisser le choc de l'atterrissage. Les quatre pétales du module se sont alors ouvert et les communications avec l'orbiteur Mars 3 ont commencé peu de temps après, quand les antennes se sont déployés.
Largué en pleine tempête de poussière, l'atterrisseur de Mars 3 a réussi à se poser impeccablement sur Mars. Il a marqué l'histoire de l'exploration spatiale, car il s'agit du premier engin humain à s'être posé en douceur à la surface d'une autre planète. Malheureusement, la joie des soviétiques fut de courte durée. Vingt secondes après l'atterrissage de Mars 3, alors que les instruments de mesure s'étaient déjà mis en marche, les communications radio furent coupées pour une raison qui demeure inconnue. Elles n'ont jamais pu être rétablies. La caméra a juste eu le temps de transmettre une image panoramique incomplète, dont aucun détail n'était visible. Les données obtenues sur l'atmosphère pendant la descente furent également perdues. Elles ne pouvaient être transmises qu'après l'atterrissage. Certaines rumeurs suggèrent que les vingt secondes de transmission avec l'atterrisseur n'ont en fait jamais eu lieu, et que cette information avait uniquement servi aux soviétiques  à s'octroyer le titre du premier atterrissage réussi à la surface de Mars. Le compartiment orbital de Mars 3 a eu beaucoup moins de chance. Pendant le voyage entre la Terre et Mars, une fuite de carburant avait vidé partiellement ses réservoirs, et il ne lui restait plus assez de carburant pour se placer sur l'orbite initialement prévue. La sonde put cependant être mise sur une orbite, mais très éloignée de la planète rouge. Cette orbite de secours était particulièrement défavorable aux observations, car la sonde ne passait que tout les 12 jours à proximité de la surface martienne.


Résultats scientifiques
Les deux sondes soviétiques ont envoyé vers la Terre un total de 60 images, la majorité étant inutilisable. Cet exemple montre la nécessité d'une programmation à distance d'un engin spatial. Mais en dépit de la tempête de poussière qui a gâché leurs missions, les sondes ont cependant retourné un large volume de données scientifiques, après 362 orbites pour Mars 2 et 20 orbites pour Mars 3 (à cause de sa période de révolution beaucoup plus importante). Elles ont mis en évidence la présence de reliefs élevés à la surface. La quantité de vapeur d'eau atmosphérique fut mesurée. Pendant la tempête de poussière, cette quantité ne dépassa pas quelques microns, mais en mars 1972, elle monta à 20 microns au-dessus de certaines régions. L'humidité était plus élevée au niveau de l'équateur qu'au niveau des régions circumpolaires.
Le radiomètre infrarouge a mis en évidence des contrastes thermiques très importants à la surface, et les températures enregistrées variaient entre -93°C et +13°C. La température de la calotte polaire boréale était plus basse que celle de la calotte polaire australe, ce qui explique que cette dernière disparaisse entièrement pendant l'été, alors que ce n'est pas le cas pour les glaces de la région polaire nord. La pression atmosphérique variait entre 5,5 mbars et 6 mbars. Les sondes soviétiques ont également pu démontrer qu'à 40 km d'altitude, l'atmosphère martienne n'était plus constituée que d'atomes isolés d'oxygène et d'hydrogène, la densité étant bien sûr très faible (quelques centaines d'atomes par cm³).
Le magnétomètre a décelé à proximité de Mars un champ magnétique 7 à 10 fois plus puissant que le champ magnétique interplanétaire, sans qu'il soit possible d'en connaître l'origine. Il pourrait s'agir du véritable champ magnétique de Mars, soit d'un champ magnétique issu de l'interaction des particules du vent solaire avec la haute atmosphère martienne.
La mission des sondes Mars 2 et Mars 3 s'est officiellement terminé le 22 août 1972.

 
   

 
 



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