A la conquète de Mars la Rouge, site créé le 01-04-2001 [Mars Express]

La conquête spatiale a été dominée, depuis les années 50, par les Américains et les Soviétiques (puis Russes). Mars n'a pas échappé à cette règle et à l'heure actuelle, aucune sonde provenant d'un autre pays que les deux cités précédemment n'est arrivée sur Mars. On va cependant bientôt assister au réveil des autres puissances industrielles comme le Japon qui a lancé Nozomi en 1998 (le 3 juillet pour être précis), et comme l'Europe qui va lancer Mars Express et Beagle 2 en 2003.

La sonde Mars Express a été construite dans le but d'emmener sept instruments scientifiques et un atterrisseur et d'abriter les instruments pour permettre leur fonctionnement pendant une année martienne (687 jours).La sonde devra aussi pouvoir servir de relais de télécommunication entre Mars et la Terre. Le poids de la sonde est minimal (comme pour toute les sondes actuelles) :

116 kg pour les instruments scientifiques et 60 kg pour Beagle 2. Les instruments seront à l'intérieur du bus, une "boîte" d'aluminium en nid d'abeille de 1,5 m de long, sur 1,8 m de largeur et 1,4 m de hauteur. Beagle 2 est attaché à l'extérieur du bus. Au lancement, la sonde pèsera 1070 kg (ce qui inclus le carburant).

La propulsion nécessaire à la sonde pour effectuer le trajet Terre-Mars sera donnée par le quatrième étage de la fusée, dénommé Fregat. Cet étage se séparera de la sonde après avoir placé la sonde sur une trajectoire de collision avec la planète Mars. ensuite, Mars Express ne devra compter que sur ses propres moyens de propulsion.

Le moteur principal est situé sous la sonde (je n'ai pas d'image plus précise que celle ci-dessus) et délivre une puissance allant jusqu'à 400 N. Le moteur utilise un mélange de 2 propergols qui sont contenues dans deux réservoirs de 267 litres chacun. Le carburant est injecté dans le moteur par un système de pressurisation à l'hélium qui est stocké dans un troisième réservoir de 35 litres. Ce moteur principal aura pour tâche de freiner la sonde afin de l'insérer en orbite martienne.

Les corrections de trajectoire pendant le trajet Terre-Mars seront faites par l'allumage de deux fusées ou plus parmi les huit que possède la sonde . Ces fusées d'une puissance de 10 N chacune sont attachées par paire à chacun des quatre coins inférieures du bus. Elles utilisent un mélange de deux propergols : les mêmes que ceux du moteur principal. Rudi Schmidt, directeur du projet Mars Express au centre technique de l'ESA situé aux Pays-Bas annonce même que ces fusées pourront remplacer, en cas d'extrême nécessité, le moteur principal, "bien que nous ne serions pas capable d'atteindre la même orbite finale."

L'énergie électrique nécessaire sera fournie par les deux panneaux solaires qui seront déployés peut après la séparation entre lasonde et l'étage Fregat. Ces panneaux solaires s'inclineront pour pouvoir profiter pleinement des rayons du soleil grâce à un mécanisme spécial. Ces panneaux ont une superficie de 11,42 m², une taille plus importante que celle des panneaux solaires utilisés pour les satellites restant en banlieue terrestre. Cette différence vise à compenser le manque de puissance du rayonnement solaire qui est inévitable près de Mars.

Lorsque la sonde passera derrière Mars (par rapport au soleil), les panneaux solaires ne pourront fonctionner. Des batteries lithium-ion (65,7 Ah) seront chargées de fournir du courant pendant ces éclipses (qui devrait durer 90 mn au grand maximum). Ces batteries seront rechargées par les deux panneaux solaires et il est prévu environ 1400 éclipses pendant la mission nominale. Les batteries devront donc pouvoir supporter 1400 cycles chargement-déchargement.

Les panneaux solaires fourniront une puissance électrique de 650 Watts au maximum de leur fonctionnement (la sonde sera alors à l'aphélie). Cela suffira largement aux besoins de tous les instrument de la sonde qui devraient être de 500 W en moyenne.

Pour communiquer avec la Terre, Mars Express possède une antenne grand-gain d'un diamètre de 1,8 m, accrochée sur un des côtés de la sonde. Cette antenne servira dans la deuxième partie du trajet Terre-Mars et pendant la mission. Pour communiquer avec la sonde lorsque celle-ci sera très proche de la Terre, il faudra utiliser une antenne faible gain d'un diamètre de 40 cm

L'antenne grand gain sera pointée vers la Terre pendant 6 des 7,5 h que dure la révolution de la sonde autour de la Planète Rouge. Celle-ci communiquera avec trois stations disséminées sur le globe terrestre. Pendant l'heure et demi restante, la sonde sera tournée vers la surface de Mars pour pouvoir faire fonctionner les instruments. Quand la sonde passera au dessus de Beagle 2, ce dernier enverra les données qu'il a emmagasiné à une antenne radio UHF située sur la sonde. Toutes les données (des instruments de Mars Express et de Beagle 2) seront transmises à la Terre pendant la phase dédiée aux communications à une vitesse de 230 kbps. Les communications avec la sonde se feront par la station de l'ESA de Perth, en Australie. La sonde profitera aussi de ces envoi de données scientifique pour donner des informations sur son état (température des instruments, voltages du système électriques ou encore l'orientation de la sonde. Ces données permettront de sauvegarder la sonde en effectuant les manœuvres appropriées. La communication vers la Terre se fera sur une bande X à 7,1 GHz et la Terre enverra ses ordres à la sonde sur une bande S à 2,1 GHz.

Les données scientifiques seront stockées sur l'ordinateur de bord en attendant la phase de communication. Cet ordinateur possédera une mémoire de 12Gbits (1,5 Go) réservée à cet usage.

Mars Express va devoir communiquer avec une antenne de 34 m située jusqu'à 400 millions de kilomètres (sur Terre), et va devoir aussi permettre le fonctionnement d'instruments scientifiques très précis. La sonde devra avoir une orientation très précise qui est de 0,15° par rapport à la Terre. Pour pouvoir garder cette position, il ne suffit pas d'avoir de petits propulseurs permettant de prendre toutes les positions possibles, il faut surtout connaître sa position. Mars Express possède pour cela de 3 systèmes embarqués :

Deux instruments prenant en compte la position des étoiles (des astrolabes sophistiqués). Ces 2 instruments sont placés sur des côtés opposés de la sonde et donneront immédiatement la direction dans laquelle pointe Mars Express
Trois gyroscopes laser, un pour chaque axe de rotation de la sonde, permettant de connaître avec précision la rotation de la sonde.
Deux capteurs solaires, qui auront pour but de renseigner la sonde sur son orientation par rapport au soleil (très utile lors du trajet Terre-Mars). Ces capteurs seront les premiers utilisés, juste après la séparation avec l'étage Fregat de la fusée.

Les petites corrections d'orientation et de trajectoire se feront par des roues à réactions

situées sous le bus. Elles pourront servir à supprimer les effets indésirables dues à la mise à feu des 8 petites fusées ou encore à faire faire une rotation très lente à la sonde afin de ne pas désorienter les instruments et que ceux-ci puissent toujours rester fixé sur leur objet d'étude.

La sonde Mars Express va être soumise au vide spatial et à une température de -270°C (3 Kelvin). Les différents instruments de la sonde ne nécessitent pas la même température de fonctionnement (voir tableau 1). Les instruments PFS et OMEGA utilisent des détecteurs infrarouges, et la température doit être de -180°C, température obtenue en évacuant la chaleur excessive dans l'espace. L'intérieur de la sonde sera maintenu à une température variant entre 10 et 20°C. Cette température sera sauvegardée grâce à des couches d'isolant thermique et grâce à des résistances en alliage d'aluminium et d'étain plaquée or. Le problème des différences thermiques entre les parties ensoleillées et les parties ombragées se posaient. En effet, les parties ensoleillées peuvent atteindre une température de 150°C et la température des parties ombragées peut descendre à -100°C. La sonde a été construite en tenant compte de ces différences et cela ne devrait pas poser de problème.

Cet analyseur de plasma va étudier l'interaction qu'il y a entre l'atmosphère martienne et les vents solaires. Il devrait permettre de mieux comprendre les mécanismes à l'origine de la disparition de la vapeur d'eau et d'autres gaz sur Mars.

Cet instrument va utiliser les ondes radio pour étudier à la fois la surface et l'atmosphère de Mars. Il fournira des mesures des variations locales de la gravité sur la surface, ainsi que des mesures de pression et de température atmosphérique.
Développement: Universität Köln, Allemagne.

Cet appareil stéréoscopique prendra des photos de la surface martienne. Ces images permettront d'établir des cartes géologiques montrant la répartition des minéraux et des roches sur Mars. A l'origine, cet appareil avait été développé pour la mission Mars 96.
Développement: DLR, Institut für Planetenerkundung, Allemagne.

L'objectif principal de MARSIS est de cartographier la distribution d'eau et de glace dans les plus hautes couches de la croûte martienne. Il utilisera des techniques semblables à celles utilisées pour la prospection dans l'industrie pétrolière. L'étude de la réflexion des ondes radio par le sous-sol donnera de nombreuses informations sur sa structure et permettra notamment de faire la différence entre un sol humide et un sol rempli de glace.

Ce spectromètre de cartographie analysera la minéralogie de la surface de Mars. Cet appareil fonctionne dans le visible et le proche infrarouge. Il pourra détecter les différents matériaux qui composent la surface. L'objectif est de cartographier la totalité de la surface avec une résolution allant de 1 à 5 kilomètres par pixel.

L'atmosphère de Mars se compose essentiellement de dioxyde de carbone et d'azote, mais elle contient également une très faible quantité de vapeur d'eau et d'ozone. Le PFS mesurera la distribution globale de la vapeur et des autres composants mineurs de l'atmosphère avec une plus grande précision que ses prédécesseurs.

Cet instrument étudiera la composition de l'atmosphère martienne dans de plus petits volumes que le PFS. Il établira, entre autre, des profils verticaux de la concentration en dioxyde de carbone, en aérosols, en ozone et en corps oxydants. Il étudiera également les radiations ultraviolettes qui atteignent le sol. Ces mesures permettront de déterminer l'influence de ces composantes sur une éventuelle vie sur Mars.
Développement: Service d'Aéronomie, Verrières-le-Buisson, France.