Mars Express
par Nicolas Rosseels
publié le 21 novembre 2002, mis à jour le 7 février 2004
Mars Express est une mission de l'ESA à destination de Mars. Elle a été lancée le 2 juin 2003 et s'est placée en orbite autour de Mars le 25 décembre de la même année. Jusqu'au 19 décembre 2003 (date de la séparation des deux engins), Mars Express transportait un petit atterrisseur, Beagle 2.
Cette mission permettra à l'Europe d'apporter sa contribution à l'étude de la planète rouge. Les différents instruments à bord donneront de nouvelles informations sur sa structure, sa géologie et son atmosphère. Ils devraient également apporter de nouvelles preuves de la présence d'eau sous la surface martienne.
La mission scientifique est conçue pour durer au moins une année martienne (687 jours terrestres). L'orbiteur servira également de relais pour les prochains atterrisseurs internationaux.
Masse: 1042 kg (Orbiteur: 555 kg; Beagle 2: 40 kg; Carburant: 427 kg)
Développement: ESA
Date de lancement: 2 juin 2003
Lieu de lancement: Cosmodrome de Baïkonour
Lanceur: Soyouz / Fregat
Objectifs
- Obtenir des vues en trois dimensions permettant de mieux connaître la surface de Mars, sa géologie et sa minéralogie.
- Déterminer plus précisément la structure du sous-sol martien.
- Obtenir plus d'informations sur la composition et la circulation atmosphérique de Mars, afin d'établir un modèle précis du climat.
- Étudier l'interaction entre l'atmosphère et le milieu interplanétaire et entre l'atmosphère et le sous-sol.
Lanceur
Pour arriver le plus rapidement possible en utilisant un minimum de carburant, Mars Express devait profiter au maximum de la position optimale de la Terre par rapport à Mars, début juin 2003. Le lancement ne pouvait se faire que pendant une fenêtre de onze jours (à partir du premier juin).
Le lancement a été effectué à l'aide d'un lanceur russe Soyouz muni d'un quatrième étage Fregat. Un lanceur européen Ariane-4 ou 5 aurait également pu être utilisé, mais ces lanceurs ont été conçus pour mettre simultanément plusieurs satellites en orbite. Or, étant donné sa trajectoire particulière et les contraintes sur la fenêtre de lancement, Mars Express était seule. Les lanceurs Ariane auraient dès lors été beaucoup trop chers.
Orbite
La sonde s'est mise en orbite martienne le 25 décembre 2003. Elle a été ralentie par son moteur principal en vue d'être placée sur une orbite de capture inclinée de 25 degrés, dont le point le plus proche de Mars se trouve à une altitude de 250 kilomètres et le point le plus éloigné de la planète à une altitude de 150.000 kilomètres.
L'orbiteur a ensuite été placé sur une orbite polaire (87 degrés d'inclinaison), qui permet d'avoir des périodes de lumière, indispensables pour certains instruments, et des périodes sombres, nécessaires pour d'autres instruments. L'orbite est très elliptique ; les altitudes du point le plus proche et du point le plus éloigné de Mars sont respectivement de 250 et 11.583 kilomètres. Après 440 jours, ce dernier sera ramené à 10.243 kilomètres.
Mars Express fait une révolution en 6 heures et 40 minutes environ.
Les observations scientifiques se font lorsque Mars Express se trouve sur la partie de l'orbite la plus proche de Mars ; les instruments sont alors tournés vers la planète rouge. Lorsque la sonde se trouve sur la partie de l'orbite la plus éloignée, le système de communication est pointé vers la Terre, afin de recevoir et d'envoyer des données.
Caractéristiques techniques
Propulsion
Mars Express a été placée sur sa trajectoire vers Mars par les quatre étages du lanceur Soyouz/Fregat. Les moteurs embarqués ne servent que pour des corrections de trajectoire et d'orbite. Le moteur principal est capable de produire une force de 400 N ; il a été utilisé pour ralentir la sonde et la mettre en orbite autour de Mars. Huit petits propulseurs (10 N) servent aux corrections en route et au contrôle d'altitude en orbite. Ces propulseurs auraient également pu être utilisés pour la mise en orbite si le moteur principal avait été défaillant. Ils n'auraient cependant pas permis d'atteindre l'orbite optimale prévue. En cas de problème avec les moteurs, l'aérofreinage aurait également pu être utilisé pour la mise en orbite.
Alimentation électrique
L'énergie électrique est fournie par les deux panneaux solaires de la sonde. Ces panneaux, repliés lors du lancement, ont été déployés après l'éjection de l'étage Fregat. Ils fournissent une puissance minimale de 650 W qui peut être directement utilisée par les appareils ou stockée dans la batterie Lithium-Ion d'une capacité de 62.7 Ampères-heure.
Communications
Mars Express dispose de plusieurs antennes. L'antenne circulaire haut gain est utilisée pour communiquer avec la Terre. Une antenne faible gain a pu servir également aux communications avec la Terre au début du trajet, lorsque la sonde n'était pas trop éloignée. Les signaux vers la Terre sont envoyés dans la bande X (7,1 Ghz) tandis que les signaux à destination de la sonde sont transmis dans la bande S (2,1 Ghz).
Il était prévu que, chaque fois que l'orbiteur passerait au-dessus de Beagle 2, l'antenne UHF (ultra-hautes fréquences) recevrait les informations de l'atterrisseur. Ce dernier n'a cependant pas donné de signe de vie.
Système de positionnement et d'orientation
Lors des communications avec la Terre, Mars Express doit rester pointé vers elle avec une précision de 0,15 degrés. Il doit donc non seulement connaître précisément sa position mais aussi son orientation.
- Deux suiveurs d'étoiles placés sur deux côtés opposés de la sonde permettent de déterminer son orientation.
- Trois gyroscopes permettent de mesurer la rotation de l'orbiteur dans les trois directions.
- Deux détecteurs permettent de se positionner par rapport au Soleil. Ils peuvent également être utilisés pour réorienter la sonde si elle part dans des rotations incontrôlées.
En plus des huit petits propulseurs qui permettent de se repositionner sur l'orbite, plusieurs roues à réaction peuvent servir à faire tourner lentement Mars Express sur lui-même.
Contrôle thermique
Deux instruments, OMEGA et PFS ont un détecteur infrarouge qui nécessite une température extrêmement basse (-180°C environ). Le HRSC nécessite également une température basse. Les autres instruments fonctionnent à une température « normale ».
Des couvertures isolantes en alliage d'aluminium et d'étain plaqué d'or permettent de maintenir la température entre 10 et 20°C. Des radiateurs faisant face à l'espace profond refroidissent les appareils nécessitant des températures inférieures.
Les matériaux non isolés sont soumis à des températures allant de -100 à 150°C. Les éléments externes de Mars Express (les panneaux solaires, les antennes, ...) ont donc dû être construits dans des matériaux composites qui résistent aux variations de températures sans se déformer.
Instruments scientifiques
ASPERA - Energetic Neutral Atoms Analyser
Cet analyseur de plasma étudie 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.
Développement: Institutet för rymdfysik (IRF), Suède.
MaRS - Radio Science Experiment
Cet instrument utilise les ondes radio pour étudier à la fois la surface et l'atmosphère de Mars. Il fournit 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.
HRSC – High Resolution Stereo Camera
Cet appareil stéréoscopique prend des photos de la surface martienne. Ces images permettent 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.
MARSIS – Mars Advanced Radar for Subsurface and Ionosphere Sounding
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 utilise 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 donne de nombreuses informations sur sa structure et permet notamment de faire la différence entre un sol humide et un sol rempli de glace.
Développement: Universita di Roma 'La Sapienza', Italie.
OMEGA - IR Mineralogical Mapping Spectrometer
Ce spectromètre de cartographie analyse la minéralogie de la surface de Mars. Cet appareil fonctionne dans le visible et le proche infrarouge. Il peut 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.
Développement: Institut d'Astrophysique Spatiale, Orsay, France.
PFS - Planetary Fourier Spectrometer
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 mesure la distribution globale de la vapeur et des autres composants mineurs de l'atmosphère avec une plus grande précision que ses prédécesseurs.
Développement: Istituto Fisica Spazio Interplanetario, Rome, Italie.
SPICAM - UV and IR Atmospheric Spectrometer
Cet instrument étudie la composition de l'atmosphère martienne dans de plus petits volumes que le PFS. Il établit, entre autres, des profils verticaux de la concentration en dioxyde de carbone, en aérosols, en ozone et en corps oxydants. Il étudie également les radiations ultraviolettes qui atteignent le sol. Ces mesures permettent de déterminer l'influence de ces composantes sur une éventuelle vie sur Mars.
Développement: Service d'Aéronomie, Verrières-le-Buisson, France.
)
)
)