1998 - 2002
La mission Mars Surveyor 98
Avait pour thème principal l'eau et tourna autour de trois points importants : l'eau et l'apparition de la vie,l''eau dans le climat martien et l'eau en tant que ressource essentielle pour les futures missions habitées à destination de la planète rouge.
On trouve à la surface de Mars des traces d'érosion fluviale qui attestent que l'eau a un jour existé à l'état liquide sur cette planète. Aujourd'hui pourtant, Mars est une planète sèche et aride. L'eau liquide ne peut plus exister à sa surface, car la pression atmosphérique et les températures sont bien trop basses et l'atmosphère martienne ne contient plus qu'une petite quantité de vapeur d'eau. Que sont donc devenues les formidables réserves d'eau martiennes ? L'eau se cache-t-elle sous forme de glace dans le sous sol ? C'est la une des questions auquel Mars Surveyor 98 devrait répondre.
. La sélection de sites d'atterrissage intéressants du point de vue pour les missions de retours d'échantillons tourne autour de régions qui ont connu (ou qui connaissent encore) l'eau à l'état liquide : anciens aquifères souterrains (anciens réservoirs d'eau situés sous la surface), anciennes étendues d'eau en surface comme les lacs ou un océan (des traces de vie pourraient être conservées dans des sédiments lacustres ou marins), environnements hydrothermaux encore actifs (existence d'eau liquide chauffée par des résurgences de magma).
Mars Surveyor 98 comprend deux sondes, un orbiteur (Mars Climate Orbiter) et un atterrisseur (Mars Polar Lander), et cela pour un coût sensiblement identique à celui de la mission Pathfinder (265 millions de dollars). Ensemble, elles vont cartographier la surface martienne, déterminer la structure de l'atmosphère, étudier son interaction avec la surface et rechercher des traces d'eau et de glace en surface et dans le sous sol martien.
Après sa mise en orbite Mars Climate Orbiter va supporter les activités de la sonde Mars Polar Lander et servir en particulier de relais radio entre la Terre et l'atterrisseur. A la fin de la mission de celui ci (février 2000), elle pourra véritablement s'attaquer à ses principaux objectifs : l'étude de la distribution de l'eau sur Mars et du climat (passé et présent) de la planète rouge.
Mars Climate Orbiter va observer le climat martien depuis une orbite presque polaire à une altitude de 400 km d'altitude. Elle devra en particulier étudier la composition des matériaux de surface, les nuages de l'atmosphère ainsi que les voiles de poussières, la distribution de la vapeur d'eau et de l'ozone, les systèmes météorologiques (comme les cellules de hautes et de basses pressions, les fronts, les tourbillons de sable, les jets streams), le transport de la poussière et de l'eau autour de la planète, l'origine des tempêtes de poussières (locales, régionales ou globales) et leur mouvement, l'érosion éolienne et les éventuels changements de la surface martienne. La sonde tentera aussi de découvrir le passé climatique de Mars, de localiser les réservoirs des volatils (eau et CO2) et de caractériser les effets topographiques qui influent sur la circulation de l'air et le réchauffement thermique par les rayons du Soleil. Les observations seront réalisées sur différentes échelles de temps : sur une période d'une journée, d'une saison ou d'une année.
Mars Climate Orbiter a décollé un jour après l'ouverture de sa fenêtre de lancement le 11 décembre 1998 à bord d'une fusée Delta II 7425. La sonde ne pesait que 629 kg lors du lancement. Le voyage vers Mars va durer 9 mois, et sera ponctué par quatre manœuvres de correction de trajectoire.
L'insertion en orbite martienne est prévue pour le 23 septembre 1999. A ce moment, le moteur de la sonde s'allumera pendant 16 à 17 minutes pour placer l'engin sur une orbite elliptique d'une période de 12 à 17 heures.
La phase de cartographie durera 687 jours (soit une année martienne), du mois de mars 2000 jusqu'au mois de janvier 2002. L'altitude de l'orbite de cartographie sera de 412 km pour une révolution de 2 heures, et l'orbite sera presque polaire. Une fois la phase de cartographie terminée, la sonde servira de relais de communication pour les missions futures pendant encore trois ans.
Radiometer) : Cet instrument est une nouvelle version du radiomètre emporté par la sonde Mars Observer. C'est un module météorologique
complet. Il va permettre d'observer la distribution globale et les variations dans le temps de la pression, de la température, de la poussière, de la vapeur d'eau et des nuages dans l'atmosphère mais aussi de quantifier l'émission radiative de surface et l'ensoleillement. Sa résolution verticale sera de 5 kilomètres/pixel et il travaillera avec 9 longueurs d'ondes différentes (une dans le visible et huit autres bandes de 6 à 50 micromètres dans le domaine de l'infrarouge). L'instrument sera capable d'observer la totalité de la planète, y compris le limbe, à l'exception des régions polaires. Un petit miroir lui permet en fait d'observer l'atmosphère depuis la surface jusqu'à 80 km d'altitude. Pour la première fois, les bandes d'adsorption du gaz carbonique et de la vapeur d'eau seront étudiées avec une résolution verticale de 5 kilomètres. Un radiateur gardera les détecteurs situés dans le plan focal de l'instrument à une température de - 193°C.
MARCI prendra des images de Mars. Une fois la sonde sur
son orbite de cartographie, la caméra grand angle fournira des vues journalières et globales de l'atmosphère et de la surface de Mars. . La caméra grand angle peut fonctionner dans sept bandes spectrales différentes Des observations du limbe de la planète permettront l'étude de la structure atmosphérique des nuages et des brouillards avec une résolution de 4 kilomètres. La caméra à angle moyen fonctionne dans 8 bandes spectrales La caméra pourra photographier n'importe quel endroit de la planète à l'exception des pôles (à cause de la légère inclinaison de la sonde).Enfin, Mars Climate Orbiter emporte avec elle un relais radio pour relayer les communications des futures stations au sol (américaines ou internationales) et supporter les activités de la sonde Mars Polar Lander.
Lors de sa descente vers la surface martienne, Mars Polar Lander va commencer par prendre des images de la région polaire sud. Une fois au sol, il photographiera le site d'atterrissage dans différentes longueurs d'ondes de manière à déterminer la nature et la composition des matériaux de surface. Il creusera des tranchées dans le sol martien pour rechercher des enregistrements superficiels des changements climatiques de Mars (visibles sous la forme de dépôts stratifiés). Il procédera à des analyses de sol pour mettre en évidence la présence d'eau et de glace. Des mesures météorologiques seront également au programme (vents, température, pression et vapeur d'eau, détection de nuages de glace, formation et disparition du givre et de la neige à la surface). Il sera ainsi capable de caractériser les processus physiques qui interviennent dans les cycles saisonniers de l'eau, du CO2 et de la poussière sur Mars.
La sonde Mars Polar Lander s'est envolée comme prévu le 3 janvier 1999, dés le premier jour de sa fenêtre de lancement, à bord d'une fusée Delta II 7425. Au moment du lancement, la sonde pesait 576 kg, contre 290 kg une fois à la surface de Mars.
Avant son départ, Mars Polar Lander a subi une stérilisation identique à celle effectuée sur les sondes Viking. Pendant son développement, la sonde a été continuellement nettoyée à l'éthanol. Certaines parties de la sonde ont été stérilisés par chauffage (50 heures à 110°C). La qualité de la stérilisation est contrôlée par des tests micro biologiques (prélèvement, incubation et comptage). Une inspection finale a été réalisée juste avant son encapsulation dans le bouclier thermique (à ce moment là, le nombre de spores par m2 doit être inférieur à 300) et avant son intégration avec le lanceur (moins de 300 000 spores au total).
Le voyage vers Mars va durer 11 mois.La sonde sera suivie par les antennes du Deep Space Network, et en particulier par celles de 70 mètres de diamètre, qui autorisent des débits de données plus importants que les antennes de 34 mètres de diamètre.
Les antennes du Deep Space Network traqueront la sonde Mars Climate Orbiter juste avant et après l'acquisition de l'atterrisseur. Le suivi simultané des deux sondes permettra d'augmenter la précision lors des manœuvres d'approche, de descente et d'atterrissage. La sonde Mars Global Surveyor pourra également être utilisé comme aide à la navigation.
L'atterrissage aura lieu le 3 décembre 1999. Après une entrée atmosphérique directe, Mars Polar Lander sera ralenti par un système hérité de Mars Pathfinder (bouclier thermique et parachute de 8,4 mètres de diamètre déployé par un petit mortier), et la sonde atterrira en douceur grâce à l'utilisation de petites fusées. Les pieds de l'atterrisseur toucheront la surface de Mars à proximité de la calotte polaire sud, entre 72° et 78 ° de latitude Sud et 130° à 190° de longitude Est, au niveau des fameux dépôts stratifiés. Comme les anneaux de croissance des troncs d'arbre, les terrains stratifiées conservent l'histoire climatique de Mars. Mars a-t-elle connu des modifications catastrophiques de son climat, des changements épisodiques importants ou une évolution plus graduelle ? Mars Polar Lander devra répondre à ces questions.
Le site d'atterrissage n'est pas encore déterminé avec précision. La sonde Mars Global Surveyor a déjà obtenu des images intéressantes et des données altimétriques d'une zone située un peu plus prés du pôle sud que le site d'atterrissage optimal. D'autres images seront obtenues en juin 1999 pendant la phase de cartographie de Global Surveyor. Ce sera en tout cas la première fois qu'une sonde se posera dans les régions polaires de la planète Mars.
Au moment de l'atterrissage, ce sera l'été dans l'hémisphère sud. Ce point est particulièrement important, pour deux raisons. Les terrains qui entourent la calotte polaire sont souvent recouverts par une calotte saisonnière de CO2. La présence de cette calotte empêcherait toute observation. La longitude du site d'atterrissage a donc été choisie en conséquence : la sonde se posera le plus au nord possible, là ou la calotte saisonnière disparaît dés le début de l'été. De plus, en été, le soleil sera toujours au dessus de l'horizon (nous sommes en effet dans les hautes latitudes). Ainsi, pendant les 90 jours de la mission primaire, la sonde ne manquera pas d'énergie solaire et l'insolation sera maximale.
La mission primaire de Mars Polar Lander devrait se terminer le 29 février 2000. C'est sans aucun doute la durée de vie des batteries (nickel/hydrogène) qui déterminera la durée de vie de l'atterrisseur. Pendant la nuit, les batteries doivent maintenir les composants électroniques de l'atterrisseur à une température relativement clémente (- 30°C tout de même !), si on la compare à la température qui régnera alors à l'extérieur (- 80°C). Lorsque la batterie sera déchargée, plus rien ne protégera la sonde du froid et de l'obscurité des longues nuits martiennes, ni du retour de la calotte saisonnière. Mars Polar Lander finira alors gelé.