Mars Reconnaissance Orbiter
par Vincent Mollet et Nicolas Rosseels
publié le 18 mars 2002, mis à jour le 9 septembre 2006
Mars Reconnaissance Orbiter (MRO), sonde de la NASA à destination de la planète Mars, en orbite autour de laquelle elle s'est placée, a pour mission de nous en fournir des images à haute résolution, d'analyser la composition de la surface martienne, de chercher si de l'eau est présente sous celle-ci, d'étudier le climat et l'atmosphère de la planète rouge…
Masse : 2180 kg (dont 1149 kg de carburant)
Date de lancement : 12 août 2005
Lieu de lancement : Kennedy Space Center (Floride, USA)
Lanceur : Lockheed-Martin Atlas V-401
Mise en orbite martienne : 10 mars 2006
Programme : Mars Exploration Program
Objectifs
Parmi les objectifs de Mars Reconnaissance Orbiter, citons les suivants :
- caractériser le climat martien actuel et ses mécanismes de changements d'une saison à l'autre et d'une année à l'autre
- rechercher des sites présentant des preuves de présence d'eau
- identifier et caractériser des sites présentant le plus haut potentiel pour de futurs atterrissages (et notamment pour ceux destinés à prélever des échantillons à ramener sur Terre)
- servir de relais pour les communications entre des atterrisseurs et la Terre
Déroulement de la mission
Lancée le 12 août 2005, Mars Reconnaissance Orbiter a atteint sa destination, la planète Mars, le 10 mars 2006.
Afin de ralentir et d'être capturée en orbite autour de cette planète, MRO devait alors allumer ses 6 moteurs de 170 N durant environ 25 minutes. Cette manoeuvre, qui s'est déroulée avec succès, lui a permis de se placer sur une orbite dite « de capture », très elliptique (caractéristiques de l'orbite visée : 300 km d'altitude au point le plus proche de Mars, 45000 km au point le plus éloigné).
MRO a ensuite procédé (sur une durée de plusieurs mois) à une manœuvre d'aérofreinage, consistant à utiliser le frottement avec l'atmosphère martienne pour ralentir et réduire la taille de son orbite.
Grâce à cette opération (qui s'est achevée avec succès le 30 août 2006), la sonde a atteint son orbite de travail scientifique, plus circulaire. Dans cette orbite, le point le plus éloigné et le point le plus proche de Mars sont tous deux à une altitude de l'ordre de celle du point le plus proche de Mars dans l'orbite de capture.
La phase scientifique de la mission commencera après une période (du 7 octobre au 8 novembre 2006) durant laquelle les communications entre la Terre et la sonde seront limitées, du fait de la présence du Soleil entre la Terre et Mars.
Débutant en novembre 2006 (à la fin de cette période de conjonction solaire), cette phase scientifique verra MRO étudier la planète Mars au moyen de ses instruments. Elle durera au moins une année martienne (environ deux années terrestres), jusqu'en novembre 2008 (lorsque se produira une autre conjonction solaire) et pourrait être prolongée ensuite.
La mission de MRO devrait également connaître une phase dite « de relais », qui durera environ deux ans, se terminant en décembre 2010. Durant cette phase, Mars Reconnaissance Orbiter apportera une aide à de futures missions martiennes. La nature de cette aide sera triple :
- Lors d'approches de la planète Mars par d'autres sondes, MRO émettra un signal en direction de celles-ci. Ceci pourra leur permettre de déterminer leur vitesse et leur distance par rapport à Mars, ce qui améliorera la précision de leur navigation. Par ailleurs, les signaux envoyés par MRO pourront aider à déterminer, pour des sondes ayant atterri sur Mars, leur position précise à la surface de la planète.
- MRO servira de relais pour les communications entre la Terre et des atterrisseurs. Ceci permettra à ces derniers d'avoir davantage d'opportunités de communications avec la Terre, spécialement quand ils se trouveront du côté de Mars opposé à la Terre. Certains de ces atterrisseurs pourraient même ne pas avoir de communications directes avec la Terre (afin d'économiser de l'énergie et de la masse en n'emportant pas l'équipement radio nécessaire) et utiliseront MRO comme relais pour toutes leurs communications.
- MRO pourra également envoyer aux atterrisseurs des signaux qui leur indiqueront très précisément l'heure.
Energie
Mars Reconnaissance Orbiter est munie de deux panneaux solaires de 10 m² environ chacun. En orbite martienne, ces panneaux solaires doivent produire ensemble une puissance de 1000 W. L'électricité produite doit l'être à une tension de 32 V, qui est celle que la plupart des composants de la sonde nécessitent pour fonctionner correctement.
L'importante surface des panneaux solaires devait également être utilisée pour ralentir la sonde durant la phase d'aérofreinage.
Lorsque la sonde n'est pas éclairée par le Soleil, deux batteries d'une capacité de stockage de 50 Ampères-heures chacune doivent fournir l'énergie nécessaire. Elles sont rechargées lorsque la lumière du Soleil atteint les panneaux solaires, utilisant une partie de l'énergie produite par ces derniers. Puisque, lorsqu'une batterie se décharge, la tension à ses bornes baisse, et que, si cette tension vient à descendre sous les 20 V, l'ordinateur de bord s'arrête (événement à éviter !), il est prévu de n'utiliser que 40 % de la capacité des batteries.
Communications
Mars Reconnaissance Orbiter est équipée d'une antenne à gain élevé de 3 mètres de diamètre. Cette antenne, qui nécessite, pour être utilisée, d'être pointée vers la Terre, permet d'envoyer et de recevoir des données à un débit élevé. MRO peut ainsi transmettre des données à la Terre à un débit de 6 mégabits par seconde.
La sonde est également équipée de deux antennes à faible gain, qui peuvent émettre et recevoir des données à un débit moindre, mais qui ne nécessitent pas une orientation particulière de la sonde.
Propulsion
MRO est équipée de 20 propulseurs dont le combustible est de l'hydrazine.
Six d'entre eux produisent chacun une force de 170 N. Ils étaient destinés à la manœuvre d'insertion de la sonde en orbite martienne.
Six autres moteurs, produisant chacun une force de 22 N, servent pour les corrections de trajectoire et pour maintenir une bonne orientation de la sonde durant l'insertion en orbite martienne.
Les huit propulseurs restants, produisant chacun une force de 0,9 N, sont utilisés pour le contrôle de l'orientation de la sonde.
Instruments scientifiques
Caméras
HiRISE - High Resolution Imaging Science Experiment
Caméra à haute résolution, opérant dans le domaine de la lumière visible.
CTX - Context Camera
Caméra à plus large champ de vision, aidant à placer dans leur contexte les détails observés par HiRISE et CRISM (voir plus loin).
MARCI - Mars Color Imager
Caméra destinée à l'étude des nuages et des tempêtes de poussière.
Spectromètre
CRISM - Compact Reconnaissance Imaging Spectrometer for Mars
Cet instrument décompose le spectre lumineux (dans le domaine de la lumière visible et de l'infrarouge), ce qui permet l'identification des minéraux.
Radiomètre
MCS - Mars Climate Sounder
Cet instrument détecte les variations de température et de concentration en poussière et en vapeur d'eau, en fonction de l'altitude, dans l'atmosphère martienne.
Radar
SHARAD - Shallow Radar
Ce radar permet l'étude du sous-sol martien, afin de déterminer si de la glace d'eau y est présente à des profondeurs de plus d'un mètre.
Instruments d'ingénierie
Electra
Ce système permettra à MRO de servir de relais pour les communications entre la Terre et des atterrisseurs à la surface de Mars. Il aidera également à la navigation de futures sondes à destination de Mars en les aidant à déterminer leur distance et leur vitesse par rapport à la planète rouge et pourra contribuer à déterminer précisément la position des atterrisseurs sur la surface martienne.
Caméra de navigation optique
Cette caméra, dont des exemplaires similaires pourraient être placés sur de futures sondes si elle se comporte bien, se trouve à bord de MRO à des fins de test. Son objectif est d'aider à la navigation.
Système de communication dans la bande Ka
MRO doit également tester, pour ses communications, l'usage d'une fréquence appelée bande Ka, afin de démontrer son potentiel pour de meilleures performances tout en utilisant moins de puissance.
Outre ces instruments scientifiques et d'ingénierie, Mars Reconnaissance Orbiter permettra de mener deux autres expériences. Le suivi de la sonde devrait en effet permettre d'étudier le champ gravifique de la planète Mars. Quant à la phase d'aérofreinage, elle devait aider à comprendre la structure de l'atmosphère martienne.
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