Mars Global Surveyor
Caractéristiques
En novembre 1996, la NASA et le Jet Propulsion Laboratory (JPL) sonne le retour de l'exploration martienne (après une absence de près de 20 ans) en lançant la sonde Mars Global Surveyor (MGS). MGS s'est mise en orbite grâce à une technique spéciale qui consistait à utiliser la résistance des hautes couches de l'atmosphère martienne pour ralentir, plutôt que d'avoir recourt à un moteur de freinage. La sonde a été fabriquée par Lockheed Martin Astronautics.
Elle apparaîssait comme une boite rectangulaire flanquée de deux panneaux solaires. La majeure partie de la masse de la sonde se retrouvait dans le module cubique qui occupait son centre. En fait, ce module était composé de deux modules plus petits, posés l'un sur l'autre. Le premier des deux modules, le module de propulsion, contenait le moteur principal et les réservoirs de carburant. Le moteur principal était fixé à l'opposé des instruments scientifiques. Durant les principales manœuvres, il fournissait une poussée de 659 newtons. Ce moteur utilisait un mélange de tétraoxide d'azote (N2O4) et d'hydrazine (un dérivé de N2H4) pour fonctionner. L'autre module contenait l'équipement de la sonde, c'est à dire les composants électroniques (à l'intérieur) et les instruments scientifiques. A l'intérieur, deux ordinateurs orchestraient les activités de la sonde.
MGS fut la première sonde américaine à être envoyée sur une autre planète avec des unités de stockage de type RAM à la place de la classique cassette magnétique. Enfin, ce module comportait trois roues montées à angle droit les unes des autres. L'ordinateur de vol pouvait contrôler la rotation et la vitesse de ces roues qui permettaient ainsi d'orienter la sonde dans n'importe quelle direction. Les deux panneaux solaires alimentaient la sonde en énergie. Durant les opérations de cartographie, la quantité d'énergie produite par les panneaux solaires variait de 980 Watts lorsque Mars était le plus proche possible du soleil à 600 Watts lorsque Mars était le plus loin possible de notre étoile.
Pour comprendre la difficulté qu'il y a à concevoir et à utiliser une sonde interplanétaire, il faut savoir qu'une puissance de 980 Watts représente un peu moins de la consommation d'un sèche-cheveux. Les panneaux solaires ne fournissaient de l'énergie à la sonde que pendant la journée. La nuit, MGS était alimentée grâce à deux batteries nickel-hydrogène (NiH2). Ces deux batteries pouvaient fournir de l'énergie pendant une heure (après cette durée, une recharge via les panneaux solaires était nécessaire). Pour communiquer avec la Terre, la sonde utilisait une antenne grand gain attachée à une perche de 2 mètres de long. L'antenne était mobile et pouvait pointer la Terre pendant que les instruments scientifiques observaient Mars.
Déroulement de la mission
La sonde Mars Global Surveyor a été lancée depuis Cap Canaveral en Floride le 7 novembre 1996 à l'aide d'une fusée Delta II 7925. La sonde, qui pesait au décollage 1062 kilogrammes, est arrivée sur Mars le 12 septembre 1997 après un voyage de 300 jours pour une distance parcourue de 75 millions de kilomètres. Lors de l'insertion en orbite, le moteur principal s'est allumé pendant 22 minutes pour ralentir le vaisseau et placer la sonde en orbite autour de la planète rouge. Sans cette étape, la sonde aurait survolé Mars et ne serait jamais revenue. 12 minutes après le début de cette phase, la sonde est passée derrière Mars et le contact radio a été perdu. Lorsque la sonde est réapparue à 03:57 heure française, la mise en orbite était terminée. Cette mise en orbite a été d'une grande précision, puisque la sonde a achevé sa première révolution en 44 heures 59 minutes et 34 secondes, pour une durée prévue de 45 heures !
Après cette insertion en orbite, la sonde s'est mise à tourner autour de la planète rouge en suivant une orbite fortement elliptique, avec une altitude de 54026 km pour le point le plus haut (au dessus de l'hémisphère Sud) et une altitude de 262 km pour le point le plus bas de l'orbite (au dessus de l'hémisphère Nord). MGS est ensuite descendue petit à petit vers Mars en utilisant la résistance de l'atmosphère martienne comme frein. La phase de cartographie a commencé officiellement en avril 1999 et s'est terminée le 24 janvier 2001. Mars Global Surveyor a ensuite bénéficié d'une extension de mission qui s'est achevée le 12 décembre 2002, et qui a ensuite été à nouveau reconduite trois fois par la NASA.
La sonde a envoyé sa dernière transmission le 5 novembre 2006, et malgré de nombreuses tentatives pour reprendre le contact, les communications n'ont pu être rétablies. La perte de Mars Global Surveyor serait due à une erreur qui se serait glissée dans des instructions logicielles envoyées à la sonde en juin 2006. MGS a témoigné d'une longévité exceptionnelle, puisque depuis son orbite, elle a inlassablement observé la planète Mars pendant 9 ans. Mars Global Surveyor détient désormais le record de longévité sur Mars, précédemment détenu par l'atterrisseur Viking 1 (qui avait fonctionné six ans).
Résultats scientifiques
Cet orbiteur a retourné une masse considérable de données, dont plus de 240000 images de la surface martienne (soit un peu moins de 5 fois le nombre d'images acquises par les sondes Viking 1 et 2). La caméra MOC a en particulier observé à haute résolution un peu moins de 5 % de la surface martienne. Mars Global Surveyor possède à son actif de nombreuses découvertes. La caméra MOC a ainsi imagé des traces d'écoulements récents, qui pourraient avoir été laissées par des torrents d'eau liquide. Des preuves de la présence d'eau dans un passé bien plus lointain ont également été observées, sous la forme de gigantesques dépôts sédimentaires, ou d'un ancien delta. La caméra a également documenté le rôle de la poussière dans le façonnage actuel de la surface martienne, en particulier en imageant les superbes arabesques dessinées dans certaines régions par les tourbillons de poussière. L'altimètre laser MOLA a produit une carte topographique globale absolument époustouflante de la planète Mars, qui sert aujourd'hui de base à une multitude de travaux scientifiques. Cette carte a ainsi permis de mettre évidence l'existence d'une pente topographique marquée entre l'hémisphère sud et l'hémisphère nord, pente ayant pu favoriser un drainage de l'eau au niveau planétaire.
Le spectromètre TES s'est quant à lui illustré en découvrant de l'hématite grise en de rares endroits de la surface martienne. C'est sur la base de cette découverte que le rover Opportunity a été envoyé dans le secteur de Terra Meridiani, conduisant à de spectaculaires résultats scientifiques. Le magnétomètre/réflectomètre à électrons MAG/ER a mis en évidence des champs magnétiques fossiles locaux, prouvant par la même que la planète rouge a possédé, dans un passé lointain, un champ magnétique global. Ayant observé le globe martien depuis un point de vue avantageux pendant plus de quatre années martiennes, Mars Global Surveyor a pu étudier les cycles annuels de l'eau, du dioxyde de carbone et de la poussière. La sonde a ainsi montré que le dépôt de dioxyde de carbone au niveau de la calotte polaire sud se réduisait d'année en année, signe éventuel d'un réchauffement climatique.
La sonde a permis de découvrir qu'une simple tempête de poussière régionale dans l'hémisphère sud pouvait augmenter d'un facteur trois la densité de l'atmosphère aux altitudes de freinage atmosphérique dans l'hémisphère nord (environ 100 kilomètres d'altitude).
Mars Global Surveyor a enfin permis de caractériser et de choisir les sites d'atterrissage pour les rovers Spirit et Opportuniy (ainsi que les sites pour les futurs atterrisseurs Phoenix et Curiosity), tout en relayant une partie de leurs données vers la Terre. L'orbiteur a aussi pris quelques clichés inattendus, comme celui, particulièrement émouvant, du couple Terre-Lune. La sonde a également imagé ses semblables, et a retourné quelques images spectaculaires des rovers Spirit et Opportunity et des orbiteurs Mars Odyssey et Mars Express.
