Mars Pathfinder

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Mars Pathfinder

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Pathfinder et Sojourner avant leur lancement en octobre 1996.

Caractéristiques
Organisation JPL - NASA
Domaine Atterrir sur Mars et manœuvrer un robot à la surface de la planète.
Statut Mission achevée
Masse 870 kg
Lancement Le 4 décembre 1996 à 06:58:07 (UTC), depuis ESMC / Complexe de lancement 17B
Lanceur Delta II 7925 (#D240)
Fin de mission Le 27 septembre 1997 à 10:23 (UTC) (dernier contact)
Durée de vie Prévue pour moins d'un mois.
Index NSSDC 1996-068A
Site Site officiel
Principaux instruments
Lander Mars Pathfinder
  1. Instrument IMP (Imagerie Mars Pathfinder),
    (incluant un magnétomètre et un anémomètre)
  2. Spectromètre à rayon X (APXS)
  3. Senseurs atmosphériques et météorologiques (Instruments ASI/MET)
Robot Sojourner
  1. Système d'imagerie, comprenant trois caméras.
  2. Foreuse utilisant un laser
  3. Accéléromètres.
  4. Potentiomètres.

Mars Pathfinder est une sonde spatiale de type atterrisseur développée par l'agence spatiale américaine, la NASA, qui s'est posée sur le sol de la planète Mars le 4 juillet 1997 à Ares Vallis, dans la région de Chryse Planitia . L'atterrisseur fixe a entamé sa mission en libérant un petit robot mobile, Sojourner chargé de prospecter la surface à proximité. Mars Pathfinder disposait de plusieurs instruments scientifiques destinés à analyser l'atmosphère martienne, son climat, la géologie (composition des roches et du sol). La mission a permis de valider une nouvelle technique d'atterrissage en douceur utilisant des coussins gonflables.

Cette mission marquait le retour de la NASA sur la planète rouge, plus de vingt ans après le programme Viking. Mars Pathfinder est la quatrième sonde spatiale à atteindre le sol martien intact après Mars 3 (1971) et les deux atterrisseurs du programme Viking. Mars Pathfinder est la seconde mission du programme Discovery de la NASA qui rassemble des projets d'exploration du système solaire à faible coût. Le projet était mené par le Jet Propulsion Laboratory .

Objectifs[modifier | modifier le code]

Objectifs techniques[modifier | modifier le code]

La mission correspondant au retour des Américains sur Mars depuis vingt ans, ses objectifs sont essentiellement techniques. Il s'agit en effet de tester des procédures qui pourront être utilisées ultérieurement sur des missions ambitieuses au plan scientifique et donc plus coûteuses.

  • Prouver que la devise « faster, better and cheaper » (Plus rapide, mieux et moins cher) peut s'appliquer aux missions spatiales (la sonde a été développée en seulement trois ans pour un coût inférieur à 150 millions de dollars), soit cinq fois moins que le projet Viking. Autrement dit, démontrer qu'il est possible de se rendre sur une autre planète en utilisant une technologie à la fois plus complexe et pour un coût raisonnable. En l'occurrence, le coût de la mission Pathfinder s'élève à 280 millions de dollars, en y incluant les coûts annexes (opérations au sol durant la mission et lancement de la sonde).
Test des coussins gonflables (« Airbags ») de Mars Pathfinder.
Le dégonflement des coussins gonflables laisse apparaître le rover.
  • Tester une méthode d'atterrissage totalement innovante : des coussins gonflables géants amortissant l'impact de la sonde avec le sol[1].

Objectif scientifique[modifier | modifier le code]

Le site d'atterrissage choisi est une ancienne plaine alluviale, située dans l'hémisphère nord de Mars. La région d'Ares Vallis a été choisie par les scientifiques parce qu'elle dispose d'une très importante quantité de roches chariées par les alluvions. Le principal objectif est donc d'ordre géologique : établir la morphologie de la région en effectuant des mesures in-situ.

La sonde[modifier | modifier le code]

La sonde est constituée de deux parties distinctes  : un lander (atterrisseur) et un rover, petit véhicule pouvant se déplacer sur le sol. Au moment du lancement, l'ensemble lander-rover pèse 895kg et prend l'aspect d'une pyramide tronquée à trois côtés. Chaque panneau formant cette pyramide - d'une largeur de 1 m - est relié à la base par une articulation dotée d'un moteur lent mais puissant. Lors du déploiement, le lander s'ouvre comme une fleur, de sorte que le rover (posé sur l'un des trois panneaux) puisse s'en extraire. L'ensemble mesure alors 2,75 mètres d'envergure pour une hauteur de 1,5 mètre[2]. Pour le cas où l'atterrisseur ne se poserait pas convenablement sur sa base mais sur l'un de ses panneaux latéraux, un dispositif est prévu lui permettant de le redresser.

Le lander[modifier | modifier le code]

Les panneaux sont revêtus de cellules solaires (2,8 m2 au total) qui assurent l'alimentation électrique tandis qu'une batterie rechargeable argent-zinc fournit un minimum d'énergie pendant les opérations de nuit. Pour les communications, la lander possède une antenne à grand gain de 30 cm de diamètre (débit de 2250 bits par seconde), ainsi qu'une antenne à faible gain. Il abrite l'électronique, dont un ordinateur 32 bits RAD 6000. L'ensemble des systèmes électroniques est protégé du froid en étant maintenu entre 0° et 20°C. Le lander sert non seulement de relais entre la Terre et le rover, mais supporte également quelques instruments scientifiques, notamment dans le domaine de la météorologie.

Vue du site de Mars Pathfinder à Ares Vallis. Dans le lointain, on distingue nettement deux monts, baptisés Twin Peaks.

Le rover[modifier | modifier le code]

Doté de six roues, mesurant 65 cm de long, 48 de large et 30 de haut, le rover ne pèse que 10,6 kg mais peut se déplacer jusqu'à 500 mètres du lander, à une vitesse de 1 cm/seconde grâce à un panneau solaire[3]. Baptisé Sojourner, il n'est pas sans rappeler les deux robots soviétiques Lunokhod qui arpentèrent le sol lunaire au début des années 1970.

Téléguidé par la terre depuis le lander (qui lui sert donc de relai), il a la capacité, grâce à un système de rayon laser, de se déplacer de manière autonome dès lors qu'il s'agit de stopper devant un obstacle ou de le contourner. Cette relative autonomie est censée permettre à l'équipe au sol d'analyser plus de roches que ne lui permettrait un rover intégralement télécommandé.

La mission[modifier | modifier le code]

Le lancement et le transfert Terre-Mars[modifier | modifier le code]

Le lancement est reporté à deux reprises, la première fois pour cause de mauvais temps, la seconde à cause d'une panne informatique, qui stoppe le compte à rebours, 4 minutes avant l'allumage des moteurs. Il a finalement lieu le 4 décembre 1996 à 06:58:07 (UTC), depuis ESMC / Complexe de lancement 17B.

Durant les sept mois que dure son trajet vers la planète rouge, l'étage de croisière (un cylindre de 2,65 m de diamètre pour 1,5 m de hauteur) alimente Pathfinder en énergie (grâce à ses 2.5 m2 de panneaux solaires) et assure les transmissions avec la Terre (grâce à une antenne à gain moyen). Équipé d'un système propulsif (deux séries de quatre tuyères et quatre réservoirs d'hydrazine) pour les corrections de trajectoire, il tourne sur lui-même deux fois par minute de manière à se stabiliser.

Grâce à lui, la sonde effectue quatre corrections les 10 janvier, 3 février, 6 mai et 25 juin.

L'arrivée sur Mars[modifier | modifier le code]

La séquence d'atterrissage débute à 8500 km d'altitude, soit 35 minutes avant le contact avec le sol, par l'éjection de l'étage de croisière, désormais inutile. Contrairement aux sondes Viking, Pathfinder ne se met pas en orbite autour de la planète, il effectue directement sa rentrée, à 130 km d'altitude, avec un angle de 14,2°. La sonde est protégée d'un échauffement excessif par un bouclier thermique de 2,65 mètres de diamètre. Grâce à ce freinage « naturel », la vitesse de Pathfinder est réduite à 1440 km/h. Alors que le sol n'est plus qu'à 9,4 km, un parachute de 11,5 m de diamètre est éjecté. La vitesse de Pathfinder tombe à 234 km/h. Vingt secondes plus tard, le bouclier thermique est éjecté. Vingt autres secondes s'écoulent avant que la sonde ne soit descendue au bout d'un filin de kevlar de 30 mètres de long, dont l'extrémité est fixée au bouclier supérieur (attaché au parachute). La distance au sol n'est plus que de 6,6 km. Quand elle n'est plus que de 300 m, huit secondes avant le contact avec le sol, la grappe des 24 ballons protecteurs se gonfle tout autour d'elle en moins d'une seconde. Deux secondes plus tard, alors que la sonde n'est plus qu'à 50 m du sol, les trois rétrofusées rivetées sur le bouclier supérieur s'allument, stoppant instantanément l'ensemble en plein ciel. Presque simultanément, la bride de kevlar qui reliait la sonde au bouclier supérieur est sectionnée : Pathfinder parcourt les vingt derniers mètres qui la séparent du sol en chute libre, à la vitesse de 90 km/h. Quatre minutes et demie seulement après le début de sa rentrée dans l'atmosphère, elle touche le sol d'Ares Vallis. Il est alors 2 h 56 m 55 s du matin, heure martienne (soit 16 h 56 m 55 s UTC, MSD 43905 4:41 AMT, 26 Taurus 206 Darien). L'atterrissage est situé à 19,33° de latitude nord et 33,52° degrés de longitude ouest, soit à 19 kilomètres au sud-ouest du site prévu. Mars Pathfinder a rebondi quinze à vingt fois sur ses airbags (au début jusqu'à 15 m de haut !), parfois sur des rochers, avant de se stabiliser.

Pendant ce temps là, juste au-dessus, le bouclier supérieur remonte vers le parachute sous l'impulsion des rétrofusées, qui continuent à fonctionner pendant deux secondes afin de l'entraîner le plus loin possible de la zone de contact, et d'éviter ainsi qu'il ne retombe par malchance sur la sonde[4].

Aussitôt après ces événements, le lieu d'atterrissage est baptisé Mémorial Carl Sagan en l'honneur de l'astronome et planétologue américain Carl Sagan, décédé deux semaines seulement après le lancement de la sonde.

Une fois la sonde stabilisée, les coussins se dégonflent en se rétractant sous son poids. Les pétales du lander s'ouvrent, exposant ses panneaux solaires. L'atterrissage ayant eu lieu de nuit, il faut attendre le lever du soleil pour qu'il envoie ses premiers signaux vers la Terre. Durant le premier sol, il prend des images et établit quelques relevés météorologiques. Les ingénieurs réalisent alors que l'un des coussins ne s'est pas complètement dégonflé et qu'il peut donc gêner l'extraction du rover[5]. Pour résoudre ce problème, ils rehaussent puis abaissent plusieurs fois un pétale du lander pour aplatir le coussin.

L'exploration du sol peut enfin commencer.

Les déplacements du rover[modifier | modifier le code]

Sojourner s'extrait du lander dès le sol 2. Pendant 83 jours, il va s'approcher de plusieurs dizaines de roches (auxquelles les scientifiques donnent des noms de personnages de dessins-animés : Barnacle Bill, Yogi, Scooby Doo, Casper, Boe, Stimpy, Bullwinkle, Wedge...)[6], analysant les propriétés chimiques de seize d'entre elles et du sol et envoyant 550 photographies, via le lander, tandis que celui-ci le photographie tout en effectuant des relevés météorologiques.

Le robot Sojourner utilise son spectromètre APXS sur le rocher Yogi.

La première analyse commence au sol 3, avec le rocher Barnacle Bill. Le spectromètre APXS est utilisé pour en déterminer la composition. En 10 heures, il détecte de nombreux éléments chimiques, à l'exception de l'hydrogène, qui constitue à peine 1 % de la masse du rocher ou du sol. APXS fonctionne en irradiant les échantillons avec des particules alpha (des nucléons d'hélium, eux-mêmes constitués de deux protons et de deux neutrons). Les résultats confirment que Barnacle Bill ressemble aux roches terrestres de la famille des andésites, confirmant ainsi le passé volcanique de la planète rouge.

Article détaillé : Yogi Rock.

APXS révèle que Yogi est principalement composé de basalte (qui comme l'olivine est une roche métamorphique ayant subi dans le passé, sous forme de lave, une solidification très lente en présence d'eau - résultat "époustouflant" pour les géologues martiens de la NASA). De par sa forme et sa texture, on peut penser que Yogi a été déposé là grâce à un flux, probablement de l'eau.

Un autre rocher, Moe semble usé par l'érosion éolienne.

La plupart des roches analysées contiennent de fortes concentrations de silicium. Dans un secteur dénommé Rock Garden (le « jardin de roches »), Sojourner observe des petites dunes en forme de croissant de lune, en tout point similaires aux dunes paraboliques terrestres.

Vue d'artiste : la mission Mars Pathfinder sur le sol martien.

Le bilan[modifier | modifier le code]

Le tout dernier contact avec Pathfinder date du 27 septembre 1997 à 10h 23 heure universelle. La raison exacte de la défaillance du lander n'est pas certaine, mais probablement l'épuisement de la batterie, a t-il provoqué son refroidissement, le rendant inopérant. Les ingénieurs essaieront - en vain - de rétablir le contact jusqu'au 10 mars 1998.

Depuis son atterrissage, le lander a envoyé 17050 images (dont 550 venant du rover) et effectué 8,5 millions de mesures liées à la pression atmosphérique, la température et à la vitesse des vents martiens. Le rover, quant à lui, a parcouru une centaine de mètres en 230 manœuvres, réalisant des analyses chimiques sur seize roches et sols différents, répartis sur environ 250 m2. Ayant multiplié par douze son espérance de vie (qui était de sept jours), on peut dire rétrospectivement que son endurance annonçait les records de longévité des deux MER [7].

Sur un plan purement scientifique, les données recueillies par Pathfinder ont renforcé l'idée que Mars a été autrefois plus chaude et humide, sous une atmosphère plus dense, et que l'eau a coulé à sa surface.

Les rovers suivants[modifier | modifier le code]

Même si son rayon d'action était très limité, Sojourner a été le tout premier engin à se déplacer sur le sol martien. Lui ont succédé trois autres rovers, tous de fabrication américaine.

  • Spirit : il fait partie des deux rovers du projet MER. Ayant quitté la Terre le 10 juin 2003, il s'est posé sur Mars le 4 janvier 2004. Actif jusqu'en 2009, il a parcouru 7,7 km.
  • Opportunity : le jumeau de Spirit a quitté la Terre le 8 juillet 2003 et s'est posé sur Mars le 25 janvier 2004. Mais il s'est montré beaucoup plus résistant que lui puisqu'il est toujours actif dix ans et demi plus tard, ayant parcouru 40,3 km le 30 juillet 2014.
  • Curiosity : le dernier rover a été lancé le 26 novembre 2011. Beaucoup plus lourd et plus puissant que les deux "MER", il n'est pas alimenté comme eux par des panneaux solaires mais par un générateur nucléaire, ce qui l'autorise à fonctionner par toutes saisons et de jour comme de nuit. Ayant atterri le 6 août 2012, il a parcouru 9 km le 4 août 2014[8].

Notes et références[modifier | modifier le code]

Notes[modifier | modifier le code]

Références[modifier | modifier le code]

  1. Cette méthode n'étant toutefois applicable qu'avec des engins de petite taille, elle ne peut être généralisée.
  2. Schéma d'ensemble : http://www.nirgal.net/schemas/pathfinder.html
  3. Schéma : http://www.nirgal.net/schemas/sojourner.html
  4. Cette méthode sera reprise pour l'atterrissage de Curiosity en 2012.
  5. Photo : http://www.astrocosmos.net/articles/mission/pathfinder-sojourner.jpg
  6. Panorama : http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/6/65/PIA01153.jpg
  7. Opportunity est toujours en exercice en 2014, près de dix ans après son arrivée sur le sol martien.
  8. http://curiosityrover.com/tracking/drivelog.html

Bibliographie[modifier | modifier le code]

  • (en) Paolo Ulivi et David M Harland, Robotic Exploration of the Solar System Part 2 Hiatus and Renewal 1983-1996, Springer Praxis,‎ 2009 (ISBN 978-0-387-78904-0)
    Historique des missions interplanétaires de 1982 à 1996

Voir aussi[modifier | modifier le code]

Articles connexes[modifier | modifier le code]

Liens externes[modifier | modifier le code]

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