Mars Orbiter Mission

Caractéristiques
Mars Orbiter Mission (MOM), ou de manière informelle Mangalyaan, est un orbiteur chargée d'étudier la planète Mars. Il s'agit de la première sonde spatiale martienne développée par l'agence spatiale indienne, l'ISRO. MOM emporte des instruments scientifiques permettant d'étudier l'échappement de l'atmosphère martienne, de détecter les traces de méthane et de rechercher les vestiges de la présence d'eau à la surface de la planète. L'Inde est la quatrième puissance spatiale à disposer d'un engin spatial martien, après les Etats-Unis, l'Europe et la Russie.
Sa structure est réalisée en nid d'abeille d'aluminium pour les parties porteuses et en plastique à renfort fibre de carbone. La sonde a une masse totale de 1360 kilogrammes dont 852 kilogrammes d'ergol. Cette proportion très élevée d'ergol est liée à la puissance réduite du lanceur PSLV incapable de placer la sonde spatiale sur une orbite interplanétaire. La propulsion de la sonde spatiale fut mise à contribution pour quitter l'orbite terrestre, ce qui imposait d'emporter une quantité d'ergol supplémentaire. Il en résulte que la charge utile (instruments scientifiques) représente une fraction particulièrement faible de la masse totale de la sonde spatiale.
La propulsion principale est assurée par un moteur-fusée unique d'une poussée de 440 newtons brûlant un mélange hypergolique de monométhylhydrazine et de peroxyde d'azote. L'énergie électrique est fournie par une aile unique fixe comportant trois panneaux solaires de 1,4 sur 1,8 mètre produisant en tout 750 watts au niveau de l'orbite de Mars. Le contrôle d'attitude utilise quatre roues de réaction ayant un couple de 5 newtons-mètres et huit petits propulseurs de 22 newtons de poussée qui sont également utilisés pour les petites corrections d'orbite et maintenir l'orientation de la sonde spatiale lorsque la propulsion principale est utilisée.

Les télécommunications passent par une antenne parabolique à grand gain fixe de 2,2 mètres de diamètre déployée en orbite avec les panneaux solaires. Les transmissions utilisent la bande S avec un débit compris entre 5 et 40 kilobits par seconde malgré un émetteur d'une puissance de 230 watts peu commune pour une sonde spatiale. Des antennes à moyen et faible gains garantissent que, même si la sonde ne parvient plus à orienter son antenne grand gain vers la Terre, elle sera en mesure d'émettre et de recevoir. Les données sont stockées dans deux mémoires de masse à semi-conducteurs ayant chacune une capacité de stockage de 16 gigaoctets. L'ordinateur de bord utilise un microprocesseur utilisé par les militaires américains dans les années 1980 et qui est également embarqué sur la sonde européenne Mars Express.
La plateforme initialement conçue pour les orbites lunaires et terrestres a été largement modifiée pour cette mission. L'isolation thermique a été renforcée pour faire face à un environnement plus éloigné du Soleil donc plus froid. Le blindage des composants électroniques a été renforcé de manière que ceux-ci puissent supporter un rayonnement de 6 kilorads, soit 600 grays. Le propulseur principal LAM (Liquid Apogee Motor) est un composant particulièrement critique : il est en effet utilisé d'une part pour placer la sonde spatiale sur sa trajectoire vers Mars après une série de manœuvres s'étalant sur un mois et d'autre part, 10 mois plus tard, pour insérer MOM en orbite martienne. Or le LAM est à l'origine un moteur d'apogée installé sur les satellites géostationnaires pour les placer sur leur orbite finale au terme de manœuvres de quelques semaines. Pour garantir son bon fonctionnement dans le cadre de la mission, les ingénieurs de l'ISRO ont doublé le circuit d'alimentation et les vannes. Le premier circuit est utilisé pour le départ de l'orbite terrestre puis des charges pyrotechniques l'isolent du réservoir pour prévenir toute fuite pouvant résulter du carburant très corrosif. Le deuxième circuit d'alimentation est utilisé pour les manœuvres d'insertion en orbite martienne. Les logiciels ont été modifiés pour permettre à la sonde spatiale de fonctionner de manière autonome compte tenu du temps mis par les signaux terrestres pour atteindre la sonde spatiale.
La charge utile de MOM, d'une masse de 15 kilogrammes, est constituée de cinq instruments scientifiques conçus en Inde :
- MCC (Mars Colour Camera), une caméra couleur d'une résolution de quatre mégapixels, soit une précision de 25 mètres pour des images couvrant une surface de 50 kilomètres de côté.
- TIS (Thermal Infrared imaging Spectrometer), un spectromètre imageur en infrarouges thermiques.
- LAP (Lyman Alpha Photometer), un photomètre Lyman-alpha.
- MENCAA (Mars Exospheric Neutral Composition Analyzer), un analyseur de l'exosphère neutre.
- MSM (Methane Sensor for Mars), un détecteur de méthane.


 
Déroulement de la mission
Le lanceur GSLV retenu à l'origine étant en cours de mise au point, l'agence spatiale indienne a dû se rabattre sur le lanceur PSLV-XL, moins puissant, pour placer en orbite la sonde spatiale d'une masse de 1350 kilogrammes. PSLV n'avait pas la capacité de lancer MOM sur une trajectoire directe vers Mars.
Lancée le 5 novembre 2013, MOM a donc été placée sur une orbite terrestre très elliptique de 23566 × 246,9 kilomètres pour une inclinaison de 18°, très proche de l'orbite visée (23000 × 250 kilomètres). Au cours des quatre semaines qui ont suivi son lancement, la sonde a effectué sept orbites autour de la Terre en utilisant son moteur à chaque passage au périgée pour élever progressivement son orbite. Le 1er décembre 2013, la sonde spatiale a allumé une dernière fois sa propulsion principale pour échapper à l'attraction terrestre et se placer sur la trajectoire vers Mars. Le moteur-fusée a fonctionné durant 22 minutes et la sonde spatiale a accéléré de 648 mètres par seconde.
Le 24 septembre 2014, après un transit d'une durée de dix mois, la sonde spatiale a utilisé avec succès sa propulsion principale pour réduire sa vitesse de 1098,7 m/s et s'est insérée sur une orbite de 78500 × 427 kilomètres autour de la planète Mars proche de celle visée (80000 × 500 kilomètres).
L'orbite très elliptique que la sonde spatiale a parcouru en 75,8 heures résulte d'une contrainte de masse qui ne permettait pas d'emporter suffisamment de carburant pour se placer sur une orbite circulaire. L'ISRO disposait pour ses télécommunications de deux antennes de 18 et 32 mètres de l'Indian Deep Space Network installées à Byalalu (près de Bangalore). Cependant, elle a utilisé également le réseau de la NASA Deep Space Network lorsque la sonde martienne se situait en dessous de l'horizon ou si la puissance des émissions de la sonde indienne était trop faible.


 
Résultats scientifiques
Selon l'agence spatiale indienne, la mission MOM devait avant tout démontrer que l'ISRO était capable de développer un engin pouvant s'échapper de l'orbite terrestre, de réaliser un transit de 300 jours vers Mars, de s'insérer en orbite autour de Mars et de conduire des opérations autour de la planète. Il s'agissait de démontrer la capacité de l'Inde dans le domaine des télécommunications à longue distance, de la navigation spatiale, de la planification de mission et de la mise au point des automatismes nécessaires. L'objectif scientifique, de toute façon limité par la charge utile réduite, était secondaire.
Les missions martiennes récentes ont démontré qu'il existait des minéraux hydratés à la surface de Mars et de l'eau en sous-sol. La présence de méthane fut également suggérée sur la base d'observations moins nombreuses mais le processus à l'origine de l'émission de ce gaz et la localisation de sa source restent à préciser. Pour permettre d'avancer dans notre compréhension de la planète Mars, il est également important de quantifier la vitesse d'échappement de l'atmosphère martienne, en particulier du dioxyde de carbone (CO2) et de l'eau (H2O), et de déterminer avec une grande précision la composition de l'atmosphère martienne pour toutes les masses atomiques. La sonde martienne MOM embarquait des instruments scientifiques permettant de remplir ces objectifs.
Les premiers résultats scientifiques de la mission MOM furent publiés par l'agence spatiale indienne lors du deuxième anniversaire de l'arrivée de la sonde spatiale à proximité de Mars début octobre 2016. Aucune trace de méthane n'a été détectée par l'instrument consacré à cette tâche mais ce constat n'est sans doute que le reflet de la sensibilité limitée de celui-ci. La caméra de MOM a réalisé en moyenne quatre photos par jour et a mit un peu plus de trois jours pour décrire une orbite complète. Environ 500 photos très détaillées de la surface de Mars sont en ligne sur le site de l'agence spatiale indienne.

 
   

 
 
 
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