Mars Exploration Rovers
par Nicolas Rosseels
publié le 18 mars 2002, mis à jour le 7 février 2004
La mission Mars Exploration Rovers consiste en deux petits robots identiques "Spirit" et "Opportunity" qui ont atterri sur Mars en janvier 2004. Ces deux robots ont atterri à deux endroits différents et sont capables de faire en une journée un trajet aussi long que celui qu'avait parcouru Sojourner (Mars Pathfinder) sur toute sa vie.
Ils étudient l'histoire du climat de Mars ainsi que l'éventuelle présence d'eau grâce à des instruments capables d'analyser les sols et les roches rencontrés. Contrairement à Mars Pathfinder où les instruments étaient répartis à la fois sur Sojourner et sur l'atterrisseur, ces robots-ci transportent tous les instruments avec eux. Leur mission devra durer au moins 90 jours martiens.
Masse: 185 kg chacun
Développement: NASA-JPL
Programme: Mars Exploration Program
Spirit (MER-A)
Date de lancement: 10 juin 2003
Lieu de lancement: Cape Canaveral (Launch Complex 17 Pad A)
Lanceur: Delta II 7925
Atterrissage sur Mars : 4 janvier 2004
Opportunity (MER-B)
Date de lancement: 8 juillet 2003
Lieu de lancement: Cape Canaveral (Launch Complex 17 Pad B)
Lanceur: Delta II 7925H
Atterrissage sur Mars : 25 janvier 2004
Objectifs
- Rechercher et étudier différents échantillons de rochers et de sol martiens qui pourraient contenir des preuves que l'eau est ou a été présente sur Mars.
- Déterminer la composition des minéraux, des roches et du sol aux alentours des sites d'atterrissage.
- Identifier les phénomènes géologiques à l'origine de la formation des régions aux alentours des sites d'atterrissage.
- Confirmer certaines observations faites, depuis l'orbite martienne, par les différents orbiteurs.
- Rechercher des minéraux contenant du fer et déterminer la quantité de minéraux contenant de l'eau ou qui se sont formés en présence d'eau.
- Identifier les processus qui ont abouti à la création des différents types de sol et de roches présents sur les sites d'atterrissage.
- Rechercher des preuves géologiques que l'eau liquide a existé sur Mars.
Sites d'atterrissage
Les images et les données collectées par Mars Odyssey et Mars Global Surveyor ont fourni un grand nombre d'informations nécessaires pour le choix des deux sites d'atterrissage. Les sites ne pouvaient pas être recouverts de gros rochers, ceux-ci pouvant endommager les airbags lors de l'atterrissage. De plus, trop de cailloux empêcheraient les rovers de se déplacer facilement. Les vents dans la basse atmosphère ne devaient pas être trop violents afin d'éviter qu'ils ne perturbent la descente des atterrisseurs. Enfin, les sites trop poussiéreux ont dû être exclus, la poussière risquant de perturber le fonctionnement des rovers.
Les deux sites retenus sont le cratère Gusev et Meridiani Planum. Ils ont été choisis suffisamment proches de l'équateur martien afin que les panneaux solaires des rovers reçoivent suffisamment de lumière. Ces deux endroits ont des caractéristiques qui montrent que l'eau a pu y être présente. Ils sont donc particulièrement intéressants pour déterminer si les conditions qui ont régné sur Mars auraient pu permettre à la vie de se développer.
Atterrissage et déploiement
En janvier 2004, les deux MER sont entrés dans l'atmosphère martienne. Lors de la descente, les deux rovers ont d'abord été ralentis dans la haute atmosphère par leur bouclier thermique. Ensuite, un parachute a été déployé. Juste avant de toucher le sol, des rétrofusées ont ralenti la chute et des airbags (semblables à ceux qui avaient été utilisés pour Mars Pathfinder) ont été gonflés. Les sondes ont fait plusieurs rebonds avant de s'immobiliser. Les airbags ont alors été dégonflés, les pétales de la base, ouverts, puis les panneaux solaires des rovers, déployés.
Le déploiement de tous les instruments a pris plusieurs jours et a été divisé en plusieurs étapes. Les techniciens et ingénieurs devait s'assurer que chaque tâche avait été correctement exécutée avant de passer à la suivante. Cette procédure avait pour but d'éviter des complications si les rovers se trouvaient dans une situation imprévue telle qu'une inclinaison trop importante ou la présence de rochers à proximité du point d'atterrissage.
Caractéristiques techniques
Mobilité
Chaque rover est équipé des six roues. Chaque roue a son propre système de suspension et son propre moteur. Les deux roues avant et les deux roues arrière peuvent, chacune, tourner de manière totalement indépendante, tandis que les deux roues centrales sont fixes. Les rovers peuvent atteindre une vitesse de 5 centimètres par seconde, mais leur vitesse moyenne ne dépassera pas 1 centimètre par seconde à cause du système de gestion des obstacles. Ils ont été conçus pour rester en équilibre sans se retourner jusqu'à une inclinaison de 45 degrés ; ils sont cependant programmés pour éviter des inclinaisons supérieures à 30 degrés.
Circuits électriques
L'énergie électrique nécessaire au fonctionnement des rovers est produite par des panneaux solaires pouvant fournir jusqu'à 140 Watts. L'énergie peut être stockée dans deux batteries rechargeables.
Les circuits électriques et les batteries doivent être maintenus à une température suffisamment élevée et constante pour garantir leur bon fonctionnement. Ils ont donc été placés dans une boîte isolée (WEB - Warm Electronics Box) réchauffée par huit cellules chauffantes (RHU - radio-isotope heater units) contenant chacune 2,7 grammes de dioxyde de plutonium.
Systèmes de communications
Les rovers disposent de différents types d'antennes pour communiquer avec la Terre. Ils ont chacun une antenne haut gain directionnelle et une antenne faible gain omnidirectionnelle. Ces deux antennes permettent de communiquer directement avec les centres de contrôles terrestres par l'intermédiaire du réseau Deep Space (Deep Space Network). Une antenne UHF (ultra hautes fréquences), ayant une portée beaucoup plus faible, permet aux rovers d'échanger des données avec des sondes se trouvant en orbite autour de Mars. Les deux bases sont également équipées d'une antenne UHF qui devait permettre à un des orbiteurs (normalement Mars Global Surveyor) de suivre l'atterrissage.
Bras robotisé
Le bras robotisé permet aux rovers de rapprocher certains instruments du sol ou des roches à inspecter. Il possède, comme un bras humain, trois degrés de liberté: épaule, coude et poignet. Quatre instruments ont été placés au bout du bras : le APXS, le RAT, le Microscopic Imager et le Mössbauer. Lors des déplacements, le bras peut être replié afin de protéger les instruments.
Instruments
PANCAM - Panoramic Camera
Cet appareil photo stéréoscopique haute résolution est utilisé pour prendre des images de l'environnement des rovers. Il peut effectuer des rotations de 360 degrés pour obtenir des vues panoramiques du paysage martien. Il est utilisé par les scientifiques pour parcourir l'horizon et rechercher des formes qui pourraient indiquer que l'eau a été présente à ces endroits. Il permet également d'établir une carte de la région où les rovers ont atterri et de repérer les sols et les rochers intéressants pour qu'ils soient analysés.
Malgré sa petite taille (il tient dans la paume d'une main), cet appareil photo est capable de prendre des images panoramiques d'une résolution allant jusqu'à 4.000 pixels de haut et 24.000 pixels de large.
Développement : NASA Jet Propulsion Laboratory
Mini-TES - Miniature Thermal Emission Spectrometer
Ce spectromètre infrarouge est capable d'identifier différents minéraux à distance en enregistrant les spectres d'émissions thermiques. Tout minéral chauffé (par exemple par le Soleil) renvoie de la chaleur d'une manière qui lui est propre. L'observation du rayonnement thermique permet donc de reconnaître les différents minéraux. L'un des principaux objectifs est de trouver des minéraux qui ne se forment qu'en présence d'eau, tels que des carbonates ou de l'argile. Le Mini-TES est placé juste à côté du PANCAM afin de pouvoir prendre des images à partir d'un même point de vue.
Développement : Arizona State University
MB - Mössbauer Spectrometer
Le spectromètre Mössbauer inspecte la composition minéralogique des roches et du sol en les irradiant à l'aide de rayons gamma émis par une source radioactive au cobalt 57 et en mesurant le spectre des rayons réfléchis. Il permet d'identifier des atomes de fer, de déterminer les différents types d'oxydes de fer présents et de mesurer les propriétés magnétiques de la surface des matériaux étudiés.
Les mesures sont prises en plaçant la tête du spectromètre (qui se trouve au bout du bras robotisé) directement sur les échantillons à analyser. La mesure prend une douzaine d'heures.
Développement : Johannes Gutenberg University, Allemagne
APXS - Alpha Particle X-Ray Spectrometer
Ce spectromètre a été conçu pour étudier les rayonnements X et alpha émis par les roches et le sol martiens. Il permet d'identifier la composition et de déterminer les quantités de chacun des constituants des échantillons étudiés. La plupart des mesures se font la nuit et une analyse complète demande au moins une dizaine d'heures.
Développement : Max Planck Institute for Chemistry, Allemagne
MI - Microscopic Imager
Cet instrument est la combinaison d'un microscope et d'un petit appareil photo numérique. Il permet de photographier des détails de sol ou de roche. Les images sont utilisées pour étudier la forme et la taille des grains dans les roches sédimentaires, ce qui peut permettre de déterminer s'il y a eu de l'eau sur Mars. Les images prises sont en noir et blanc et ont une résolution de 1024 sur 1024 pixels.
Développement : NASA Jet Propulsion Laboratory
RAT - Rock Abrasion Tool
Le RAT est un petit broyeur capable de creuser des trous de 45 millimètres de diamètre et de 5 millimètres de profondeur. Trois moteurs électriques sont utilisés pour faire tourner les dents broyeuses. Cet instrument peut faire des trous dans des roches volcaniques très dures en deux heures environ.
Il permet de rendre l'intérieur des roches accessible aux autres instruments. L'intérieur des échantillons peut être très différent de l'extérieur, puisqu'il a été protégé de l'atmosphère martienne.
Développement : Honeybee Robotics
Aimants
Chacun des rovers est équipé de plusieurs aimants. Ces aimants sont destinés à capturer des particules magnétiques pouvant ensuite être analysées par le Mössbauer ou l'APXS.
Le premier ensemble d'aimants se trouve sur le RAT. Il permet de capturer des particules volantes. Le deuxième est placé à l'avant des rovers avec un angle tel que les particules non magnétiques ont tendance à tomber. Enfin, un troisième ensemble se trouve sur le dessus des rovers ; ces aimants sont suffisamment puissants pour attirer des particules emportées par le vent.
Développement : Ørsted Laboratory, Niels Bohr Institute, Danemark
)
)
)
)
)
)