InSight

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InSight

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Vue d'artiste de l'atterrisseur InSight

Caractéristiques
Organisation NASA
Domaine Étude structure interne de Mars
Type de mission atterrisseur
Statut en cours de développement
Lancement Mars 2016
Lanceur Atlas V 401
Fin de mission 9 octobre 2018
Durée 2 ans
Durée de vie 720 jours terrestres
Autres noms GEMS
Source énergie Panneaux solaires
Atterrissage 28 septembre 2016
Programme Discovery
Site http://insight.jpl.nasa.gov
Principaux instruments
SEIS Sismomètre passif
HP3 Capteur de flux de chaleur

InSight (Interior Exploration using Seismic Investigations, Geodesy and Heat Transport pour exploration intérieure à l'aide de recherches sismiques, de la géodésie et de transport de chaleur) est une mission de la NASA vers Mars dont le lancement est prévu en mars 2016. Il s'agit d'un atterrisseur qui doit se poser à la surface de Mars et qui emporte deux instruments scientifiques : un sismomètre et un capteur de flux de chaleur s'enfonçant jusqu'à 5 mètres sous la surface du sol. Tous deux doivent fournir des données qui contribueront à mieux connaitre la structure et la composition interne de Mars, un des aspects de la planète qui n'a jusqu'à présent pas été étudié. L'objectif scientifique de la mission est de reconstituer le processus de formation et d'évolution des planètes rocheuses du système solaire — Mercure, Vénus, la Terre, Mars — ainsi que de la Lune. Les résultats déduits des investigations menées par la sonde spatiale pourraient avoir des répercussions importantes dans plusieurs disciplines scientifiques. La sonde réutilise l'architecture de l'atterrisseur Phoenix. L'atterrisseur Insight a été sélectionné en 2012 dans le cadre du programme Discovery qui regroupe des missions à coût modéré avec un cycle de développement rapide.

Historique[modifier | modifier le code]

Genèse du projet[modifier | modifier le code]

En juin 2010 la NASA lance un appel à propositions pour sélectionner la douzième mission du programme Discovery qui est dédié aux projets d'exploration spatiale à coût modéré. L'agence spatiale reçoit 28 propositions et sélectionne en mai 2011 trois d'entre elles. Insight est proposé par le Jet Propulsion Laboratory (JPL) avec la participation d'équipes scientifiques de plusieurs pays. Les deux autres missions sont [1]:

  • Titan Mare Explorer (TiME) doit fournir la première mission d'exploration directe d'un environnement océanique extraterrestre en amerrissant et en flottant sur une mer d'éthane et de méthane liquide de Titan, la lune de Saturne.
  • Comet Hopper (CHopper) est une sonde spatiale qui doit effectuer plusieurs atterrissages à la surface d'une comète et étudier les changements provoqués par le Soleil.

Les trois équipes finalistes reçoivent chacune 3 millions de dollars pour réaliser une étude de conception détaillée. En août 2012, la NASA choisit sur la base de ces documents Insight dont le lancement est planifié pour mars 2016. Conformément au cahier des charges des missions du programme Discovery, la mission sélectionnée a un budget plafonné à 425 millions de dollars hors coût de lancement[2] ,[3].

Insight était baptisé initialement GEMS (Geophysical Monitoring Station pour Station de surveillance géophysique) mais son nom a été modifié début de 2012, pour éviter une confusion avec l'observatoire spatial rayons X GEMS (Gravity and Extreme Magnetism SMEX) en cours de développement à la NASA[4].

Développement[modifier | modifier le code]

En décembre 2013, la NASA sélectionne comme lanceur la fusée Atlas V 401 facturée 160 millions $ et qui doit être tirée depuis la base de lancement de Vandenberg en Californie[5]. La fourniture du sismomètre SEOS par une équipe pilotée par le CNES est formalisée le 10 février 2014[6]. Le 16 mai de la même année le projet passe avec succès la Revue Critique de Définition[7].

Objectifs de la mission[modifier | modifier le code]

Vue d'artiste de la structure interne de plusieurs corps rocheux du système solaire (la Terre, Mars et la Lune)

L'objectif principal d'Insight est d'étudier la structure interne de la planète Mars, qui partage de nombreuses caractéristiques avec les quatre autres planètes telluriques (c-a-d rocheuses) de notre système solaire. Comme la Terre, Mars résulte de l'accrétion initiale de nombreux corps rocheux qui a été suivie, lorsque la masse du corps en formation a dépassé une certaine taille, d'un échauffement interne entretenu par la chaleur dégagée par la radioactivité naturelle de certains éléments. Cet échauffement a déclenché un processus de différenciation planétaire : les matériaux les plus denses se sont enfoncés vers le centre tandis que les matériaux moins denses migraient vers la surface. Il en est résulté la formation d'un noyau planétaire, entouré d'un manteau et d'une croûte. Mars présente l'avantage par rapport à la Terre d'être géologiquement moins active (notamment absence de plaques tectoniques). Sa structure interne conserve donc les traces de ce processus de formation initial. En étudiant la taille, l'épaisseur, la densité et l'ensemble de la structure de la planète Mars - noyau, manteau et croûte, ainsi que la vitesse à laquelle la chaleur s'échappe de l'intérieur de la planète, Insight fournira un aperçu des processus évolutifs de toutes les planètes rocheuses qui se sont déroulés il y a plus de quatre milliards d'années[8].

L'objectif secondaire de la mission est de mener une étude approfondie de l'activité tectonique et des impacts de météorites sur Mars, ce qui pourrait accroître nos connaissances sur les processus similaires sur Terre[8].

Pour remplir sa mission Insight doit mener six études scientifiques[8] :

  • Déterminer la taille, la composition et l'état (solide ou liquide) du noyau planétaire,
  • Déterminer l'épaisseur et la structure de la croûte,
  • Déterminer la composition et la structure du manteau,
  • Déterminer l'état thermique des structures internes de Mars,
  • Mesurer la force, la fréquence et la distribution géographique de l'activité sismique interne de la planète,
  • Mesurer la fréquence des impacts de météorites à la surface de Mars.
Précision des mesures d'Insight[9]
Caractéristique Valeur connue / imprécision Précision attendue de InSight Facteur d'amélioration
Épaisseur de la croûte 65 km ± 35 km (déduit) ± 5 km 7x
Couches composant la croûte pas d'information Identification des couches d'une épaisseur > 5 km Nouvelle donnée
Vitesse de déplacement du manteau 8 ± 1 km/s (déduit) ± 0,13 km/s 7,5 x
Noyau liquide ou solide sans doute liquide (déduit) déterminé avec certitude Nouvelle donnée
Rayon du noyau 1700 ± 300 km ± 75 km 4x
Densité du noyau 6,1 ± 1 g/cm³ ± 0,3 g/cm³ 3x
Flux thermique 6,1 ± 1 g/cm³ ± 0,3 g/cm³ 3x
Activité sismique connu avec une imprécision de facteur 100 facteur 10 10x
Localisation des séismes pas d'information localisés avec une précision inférieure ou égale à 10° Nouvelle donnée
Taux d'impact des météorites connu avec une imprécision de facteur 6 imprécision : facteur 3 3x

Sélection du site d'atterrissage[modifier | modifier le code]

Le site d'atterrissage retenu doit tenir compte de contraintes liées aux capacités de l'atterrisseur et des besoins scientifiques[10] :

  • La latitude doit être comprise entre 15° sud et 5°N pour que les panneaux solaires puissent fournir suffisamment d'énergie.
  • L'altitude doit être inférieure à -2,5 km (par rapport au niveau moyen de la surface martienne) pour que la sonde spatiale parvienne à se ralentir suffisamment avant l'arrivée sur le sol.
  • La zone d'atterrissage dont les caractéristiques sont favorables doit être une ellipse dont la dimension minimale est de 110x 25 km.
  • L'inertie thermique de la surface doit être supérieure à 100-140 joules pour avoir la certitude que le sol ne sera pas trop mou
  • Les rochers éparpillés en surface ne doivent pas représenter plus de 10% de la surface pour que l'atterrissage et le déploiement des panneaux solaires puisse s'effectuer avec une probabilité de réussite de 99%
  • La zone d'atterrissage ne doit pas comporter de relief de grande taille et les pentes doivent être inférieures à 15%
  • L'opération de déploiement des instruments exige également les proportions retenues de roche et la limitation à 15% sur les pentes rencontrées
  • Le régolite doit représenter au moins 5 mètres d'épaisseur pour faciliter la pénétration de la sonde d'une longueur de 5 mètres.

Une proportion relativement faible des régions répondant aux critères de latitude se trouve en-dessous de l'altitude préconisée. En éliminant les régions trop rocheuses (comme Valles Marineris), l'équipe scientifique a identifié une seule région éligible située dans la plaine Elysium Planitia. 20 ellipses d'atterrissage répondant aux critères d'inertie thermique ont été sélectionnées dans un premier temps ramenées après une étude plus approfondie à quatre zones comprises entre 3° et 5° de latitude Nord et entre 134 et 140° de longitude Est. On ne pourra pas toutefois pas complètement éviter les risques dus aux roches qui subsistent ou à des pentes trop fortes de cratères secondaires. Le risque d'échec associé est évalué à 1,4-2,2%[11]. La sélection finale doit être effectuée en novembre 2015[12]

Caractéristiques techniques de la sonde spatiale[modifier | modifier le code]

Insight reprend l'architecture de la sonde spatiale Phoenix et doit être réalisé par le même constructeur Lockheed Martin Space Systems à Denver dans le Colorado. La sonde spatiale doit utiliser une avionique reflétant l'état de l'art développée pour les sondes Mars Reconnaissance Orbiter et GRAIL. Insight doit être alimenté par des panneaux solaires. Pour qu'il survive à l'hiver martien, il est prévu que le site d'atterrissage soit situé à l'équateur. La durée de vie minimale est de 2 ans (soit 1 année martienne).

Les instruments scientifiques[modifier | modifier le code]

La charge utile d'Insight est composée de deux instruments scientifiques (SEIS et HP3) qui doivent être déposés sur le sol de Mars à l'aide d'un bras télécommandé et de plusieurs instruments auxiliaires :

Sismomètre SEIS[modifier | modifier le code]

Le Seismic Experiment for Interior Structure (SEIS, expérience sismique pour la structure intérieure) est un sismomètre à trois axes qui prendra des mesures précises des séismes et autres activités internes sur Mars afin de mieux comprendre l'histoire de la planète et de sa structure. L'instrument est composé des capteurs sismiques associés à des capteurs de température, d'un boitier électronique pour l'acquisition des données, d'un système de déploiement et d'un logiciel pour faire fonctionner l'ensemble. SEIS comprend d'une part trois capteurs sismiques très large bande VBB (Very Broad Band) avec leurs capteurs de température. Ces instruments sont enfermés dans une sphère isolée sur le plan thermique et dans lequel le vide est fait. SEIS comprend d'autre part trois capteurs sismiques courte période SP (Short Period) également accompagnés de capteurs de température. Les performances du système sont pour les capteurs large bande de -9 m.s Hz de 10-3 jusqu'à 10 Hz et pour les capteurs larges bande SP < 5 10-8 m.s Hz de 10 jusqu'à 100 Hz. L'ensemble pèse environ 3 kg et consomme environ 1 Watt[13]. SEIS est fourni par le CNES, avec la participation de l'Institut de physique du globe de Paris (IPGP), l'École polytechnique fédérale de Zurich (ETH), l'Institut Max-Planck de recherche sur le Système solaire (MPS), l'Imperial College London, l'Institut supérieur de l'aéronautique et de l'espace (ISAE) et le Jet Propulsion Laboratory. La première version de SEIS a été embarquée sur la sonde spatiale soviétique Mars 96 détruite au cours de son lancement puis a été successivement proposé sur plusieurs projets de mission qui n'ont jusqu'à présent pas abouti : NetLander, ExoMars (dans l'ensemble instrumental Humboldt), International Lunar Network, Selene-2[14].

Capteur de flux de chaleur HP3[modifier | modifier le code]

L'instrument Heat Flow and Physical Properties Package (HP3, ensemble instrumental flux de chaleur et propriétés physiques), fourni par l'agence spatiale allemande (DLR), est un capteur de flux de chaleur qui s'enfoncera jusqu'à une profondeur 5 mètres dans le sous-sol martien, plus profondément que tous les outils utilisés jusque là sur Mars : pelles, foreuses et sondes. C'est la première fois qu'un instrument de ce type est utilisé sur le sol d'une autre planète que la Terre. HP3 doit mesurer la quantité de chaleur dégagée par le noyau de Mars et fournir ainsi des indices sur l'histoire thermique de la planète [15].

Radio science[modifier | modifier le code]

La mission comprend une expérience de radio-science baptisée Rotation and Interior Structure Experiment (RISE, expérience rotation et structure intérieure). Le système de télécommunications de Insight sera mis à contribution pour mesurer, via l'effet Doppler induit sur les transmissions radio, les oscillations de l'axe de rotation de Mars. Celles-ci liées l'absence d'homogénéité de l'intérieur de la planète doivent permettre de mieux comprendre la structure interne de Mars[16].

Système de déploiement IDS[modifier | modifier le code]

Insight doit déployer les instruments une fois arrivé au sol. Ceci est effectué par l'IDS (Instrument Deployment System) qui comprend un bras articulé assisté de deux caméras. La caméra IDC (Instrument Deployment Camera), semblable aux NavCam des rovers MER est montée sur le bras  : son rôle est immédiatement après l'atterrissage de prendre des images en noir et blanc des instruments installés sur le plateforme de l'atterrisseur et de fournir une vue stéréoscopique de la portion de sol où le sismomètre et le capteur de flux de chaleur seront installés. Elle est ensuite utilisée pour aider les ingénieurs et les scientifiques à déployer les instruments au sol avec le bras. Avec un champ optique de 45 degrés, la caméra fournira également une vue panoramique de l'environnement immédiat du site d'atterrissage. Une deuxième caméra ICC (Instrument Context Camera) , analogue aux Hazcam des MER et dotée d'un objectif grand angle de 120 degrés sera montée sous le bord de la plateforme de la sonde et fournira une vue complémentaire sur la zone de déploiement de l'instrument[16].

Suite environnementale APPS[modifier | modifier le code]

Enfin 'InSight embarque la suite d'instruments APPS (Auxiliary Payload Sensor Suite) qui doit fournir le contexte environnemental permettant l'interprétation des données du sismomètre. Cette suite comprend un magnétomètre fluxgate, un baromètre, un anémomètre et un thermomètre. Les capteurs de températures et l'anémomètre sont fournis par le Centro de Astrobiología espagnol. Le magnétomètre est fourni par l'UCLA et mesure le champ magnétique avec une précision de 0,1 nanotesla. Le baromètre est capable de détecter des fluctuations de 6 millipascals. Tous les instruments sont intégrés par le centre JPL[17].

Déroulement de la mission[modifier | modifier le code]

Insight sera lancée entre le 4 et le 24 mars 2016 depuis la base de lancement de Vandenberg par une fusée Atlas V 401. La trajectoire retenue, de type 1, permet un transit rapide vers Mars d'une durée de 6,5 mois. L'atterrissage est planifié le 28 septembre 2016. Une fois Insight posée , environ 67 jours sont consacrés au déploiement des instruments avec une marge de 20 jours. Les premières données scientifiques seront obtenues en octobre 2016. Il est prévu que la sonde spatiale collecte durant deux ans des données sur les processus internes de la planète et sur sa sismologie avec une fin de mission programmée le 6 octobre 2018[18],[19].

Participants[modifier | modifier le code]

L'équipe du projet Insight comprend des scientifiques de nombreux pays : États-Unis, de la France, de l'Allemagne, de l'Autriche, de la Belgique, du Canada, du Japon, de la Suisse et du Royaume-Uni.

Bruce Banerdt[20] est le responsable scientifique (Principal Investigator) du projet. Ce géophysicien planétaire a une longue carrière consacrée à l'étude des processus qui modifient la surface des planètes. Suzanne Smrekar[21], dont les recherches portent sur l'évolution thermique des planètes et qui a contribué au développement et au test de nombreux instruments conçus pour mesurer les propriétés thermiques et les flux de chaleur sur d'autres planètes est la responsable Scientifique adjointe (Deputy Principal Investigator). Philippe Lognonné, de l'Institut de Physique du Globe de Paris et de l'Université Paris Diderot, specialiste en sismologie planétaire, est le responsable scientifique du Sismomètre SEIS (SEIS Principal Investigator) [22]. Tlman Spohn, spécialiste en géodynamique planétaire, est le responsable scientifique de l'expérience de flux de chaleur HP3 (HP3 Principal Investigator). Sami Asmar, un spécialiste des ondes radio[23], est le responsable de l'instrument RISE. Le projet est piloté par Tom Hoffman assisté par Henry Stone[24].

Références[modifier | modifier le code]

  1. (en) « NASA Selects Investigations For Future Key Planetary Mission », NASA (consulté le 6 May 2011)
  2. (en) Kate Taylor, « NASA picks project shortlist for next Discovery mission », sur TG Daily,‎ 9 mai 2011 (consulté le 2011-05-20)
  3. (en) « New NASA Mission to Take First Look Deep Inside Mars », NASA,‎ 20 aout 2012
  4. JPL changes name of Mars mission proposal - Glendale NewsPress
  5. (en) NASA, « NASA Awards Launch Services Contract for InSight Mission »,‎ 19 décembre 2013
  6. CNES, « Le CNES et la NASA iront ensemble sur Mars - Le sismomètre SEIS au cœur de la mission InSight »,‎ 11 février 2014
  7. CNES, « Feu vert pour InSight, le prochain atterrisseur martien de la NASA ! »,‎ 16 mai 2014
  8. a, b et c (en) « InSight: Science objectives », NASA/Jet Propulsion Laboratory (consulté le 23 aout 2012)
  9. (en) Matt Golombek Bruce Banerdt (JPL), « InSight Project Status and Landing Site Selection »,‎ 14 mai 2014, p. 4
  10. (en) Matt Golombek Bruce Banerdt (JPL), « InSight Project Status and Landing Site Selection »,‎ 14 mai 2014, p. 12
  11. (en) Matt Golombek Bruce Banerdt (JPL), « InSight Project Status and Landing Site Selection »,‎ 14 mai 2014, p. 13-26
  12. (en) Matt Golombek Bruce Banerdt (JPL), « InSight Project Status and Landing Site Selection »,‎ 14 mai 2014, p. 11
  13. « SEIS : configuration pour Mars », Institut de physique du globe de Paris (consulté le 23 aout 2012)
  14. « SEIS : histoire d'un sismomètre planétaire », Institut de physique du globe de Paris (consulté le 23 aout 2012)
  15. (de) « GEMS: "Maulwurf" soll das Marsinnere erforschen », Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt,‎ 26 mai 2011
  16. a et b (en) « InSight : technology », NASA/JPL (consulté le 21 aout 2012)
  17. (en) « Instruments division annual report 2013 », NASA/Instruments division, p. 29
  18. (en) « InSight : mission overview », NASA/JPL (consulté le 21 aout 2012)
  19. (en) Matt Golombek Bruce Banerdt (JPL), « InSight Project Status and Landing Site Selection »,‎ 14 mai 2014, p. 4
  20. (en) « JPL Science: People - Bruce Banerdt », Website, NASA's Jet Propulsion Laboratory
  21. (en) « JPL Sciences: People - Sue Smrekar », Website, NASA's Jet Propulsion Laboratory (consulté le 2 December 2011)
  22. « Site SEIS du CNES », Website, CNES (consulté le 7 July 2013)
  23. (en) « JPL Science and Technology: Sami Asmar », Website, NASA's Jet Propulsion Laboratory
  24. (en) « INSIGHT NASA Fact sheet », Website, NASA's Jet Propulsion Laboratory (consulté en 7 juillet2013)

Voir aussi[modifier | modifier le code]

Articles connexes[modifier | modifier le code]

Liens externes[modifier | modifier le code]