Martian Moons Explorer

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Martian Moons Exploration
Sonde spatiale
Description de cette image, également commentée ci-après
Données générales
Organisation Drapeau du Japon JAXA (principal)
Drapeau : France CNES et Drapeau : Allemagne DLR (astromobile)
Domaine Étude de Phobos
Type de mission Retour d'échantillons
Statut Projet à l'étude
Autres noms MMX
Lancement Vers 2024
Lanceur H3
Site mmx.isas.jaxa.jp
Principaux jalons
Septembre 2024 Lancement
Août 2025 Arrivée dans système martien
Août 2028 Départ du système martien
Juillet 2029 Retour sur Terre
Caractéristiques techniques
Masse au lancement Environ 4 tonnes
Principaux instruments
TENGOO/OROCHI Caméras
LIDAR Altimètre laser
MacrOmega Spectromètre imageur infrarouge
MEGANE Spectromètre gamma et neutron
CMDM Détecteur de poussière
MSA Spectromètre de masse ions

Martian Moons Exploration (en abrégé MMX) est une mission spatiale japonaise en cours d'étude dont l'objectif principal est de ramener sur Terre un échantillon de sol de Phobos, un des deux satellites naturels de Mars. Au cours de la mission, la sonde spatiale doit effectuer une étude détaillée de Phobos et Déimos à la fois à distance et in situ (pour Phobos uniquement). La mission doit être lancée en 2024 avec un retour de l'échantillon sur Terre vers 2029.

MMX n'est pas la première mission à tenter d'effectuer une étude détaillée des lunes martiennes et de ramener un échantillon de celles-ci sur Terre mais les engins qui l'ont précédé (les sondes spatiales russes Phobos et Phobos-Grunt) ont tous échoué. Le principal objectif scientifique de la mission est de déterminer si les lunes martiennes sont des astéroïdes capturés par Mars ou s'ils se sont formés par agrégation de matériaux éjectés par la planète à la suite d'un impact géant dans le cadre d'un processus analogue à celui ayant abouti à la formation de notre Lune. La réponse à cette question permettra d'affiner le scénario de formation des planètes du système solaire.

Pour accomplir sa mission, MMX comprend un module d'atterrissage qui comprend un système de prélèvement d'échantillon du sol et embarque un petit astromobile fourni par les agences spatiales française et allemande. La sonde spatiale, dont la masse au lancement approche les quatre tonnes, doit disposer d'une dizaine d'instruments dont plusieurs caméras, un lidar, un spectromètre gamma et un imageur hyperspectral fonctionnant en proche infrarouge.

Le mystère des origines de Phobos et Deimos[modifier | modifier le code]

L'origine des deux petits satellites de la planète Mars - Phobos et Deimos - est mystérieuse. Deux scénarios coexistent[1] :

  • les deux satellites sont des astéroïdes qui ont été capturés par la gravité martienne au début de l'histoire du système solaire. Le spectre électromagnétique de la surface des satellites (reflétant la composition de celle-ci) proche de celui des astéroïdes de type C et D ainsi que la faible densité de ces deux corps vont dans le sens de cette hypothèse ;
  • ces satellites se sont formés sur place à partir des débris créés par l'impact d'un corps de grande taille à la surface de Mars. La très faible inclinaison et excentricité des orbites des deux satellites militent pour cette interprétation.

Chacun de ces scénarios soulèvent des questions dont les réponses permettraient d'améliorer notre compréhension du mode de distribution et de transport des matériaux aux limites du système solaire interne ainsi que de la formation des planètes[1] :

  • si les satellites sont des astéroïdes capturés, comment les matériaux formant Mars ont été transportés au début de l'histoire du système solaire ?
  • si les satellites se sont formés sur place, quelle est la nature de l'impact géant et quelle influence a eu cet impact sur les débuts de l'évolution de Mars ?
  • est-ce que Deimos a les mêmes origines que Phobos ?

Déroulement du projet du projet[modifier | modifier le code]

Pour répondre à cette question une mission de retour d'échantillon, baptisée MMX (Martian Moons Exploration) est étudiée par l'agence spatiale japonaise au cours de la décennie 2010. Le retour sur Terre d'un échantillon prélevé sur le sol d'une des deux lunes permettra d'utiliser les instruments d'analyse les plus puissants existants sur Terre pour en identifier les caractéristiques et reconstituer leur mode de formation. Pour développer cette nouvelle mission la JAXA s'appuie sur son expertise sans égale dans le domaine des missions de retour d'échantillon de sol prélevés sur des corps célestes de petite taille. Celle-ci a été acquise avec les missions Hayabusa et Hayabusa 2. Une étude de faisabilité débute en 2016 et s'achève en 2017. Le budget annoncé est 300 millions $. Les universités de Tokyo, Hokkaïdo et de Kobé sont impliquées dans le volet scientifique associé à la mission. L'agence spatiale française, le CNES, participe à cette étude[2].

En novembre 2017 l'agence spatiale civile américaine, la NASA, décide de contribuer dans le cadre de son programme Discovery en fournissant l'instrument MEGANE (lunettes en japonais), un spectrographe gamma et neutrons qui doit permettre d'identifier les éléments chimiques présents à la surface de Phobos. L'instrument est développé par Applied Physics Laboratory de l'université Johns Hopkins[3].

En avril 2017, le CNES et la JAXA signent un accord de collaboration. L'instrument scientifique développé avec le CNES sera un spectromètre proche infrarouge (NIRS), une caméra infrarouge haute résolution combinée à un spectromètre qui analysera la composition des roches : "MacrOmega ", La capacité de MacrOmega d'étudier les roches des lunes martiennes sur des échelles de quelques dixièmes de mètre permettra à la fois de fournir la composition de la lune et d'identifier le meilleur site pour effectuer le prélèvement d'échantillon de sol. Le CNES étudie également la fourniture d'un petit rover pour explorer la surface de Phobos à l'échelle microscopique[4],[5].Le 3 octobre 2018, en marge de la conférence de presse du 69ème IAC (International Astronautical Congress) à Brême, une déclaration commune est signée entre Jean-Yves Le Gall, Président du CNES, Pascale Ehrenfreund, Présidente du DLR et Hiroshi Yamakawa, Président de la JAXA, concernant la coopération franco-allemande pour la conception du rover qui partira avec la mission MMX[6].

En juin 2019 l'équipe projet présente une nouvelle architecture pour la sonde spatiale qui fait passer sa masse de 3,4 à 4 tonnes[7].

Objectifs scientifiques[modifier | modifier le code]

La mission MMX doit étudier les lunes de Mars mais également la planète Mars. Les objectifs scientifiques sont les suivants[1] :

  • déterminer l'origine des satellites Phobos et Deimos notamment en ramenant sur Terre un échantillon représentant au minimum 10 grammes (plus de 1000 grains) du sol de Phobos prélevé à une profondeur de 10 cm sous la surface. L'objectif est d'en collecter au moins 100 grammes[7].
  • comprendre les processus à l’œuvre dans l'environnement immédiat de Mars. Dans quelle mesure les satellites de Mars ont évolué différemment des astéroïdes standard ? Quelles répercussions les évolutions de la surface et de l'atmosphère de Mars ont-elles eu sur cet environnement ?
  • étudier la distribution temporelle et spatiale des tempêtes de poussière, des nuages de glace et de la vapeur d'eau sur la planète Mars.

Caractéristiques techniques[modifier | modifier le code]

La sonde spatiale MMX a une masse de 4 tonnes et comprend trois modules[1] :

  • un module de propulsion chargé d'amener la sonde spatiale jusqu'à Mars
  • un module d'exploration comprenant le train d'atterrissage à quatre pieds et le système de prélèvement d'échantillon du sol lunaire ;
  • un module chargé de ramener la capsule contenant l'échantillon de sol sur Terre.

Instrumentation scientifique[modifier | modifier le code]

La charge utile pourrait comprendre les instruments scientifiques suivants[1],[8],[9] :

  • la caméra TENGOO (TElescopic Nadir imager for GeOmOrphology) prenant des images en lumière visible lorsque la sonde spatiale est en orbite autour des lunes. Son téléobjectif doit lui permettre d'obtenir des images ayant une résolution spatiale de 40 centimètres. Celles-ci prises dans différentes longueurs d'ondes permettront d'obtenir la distribution des différents matériaux à la surface de la Lune et permettront d'identifier un site d'atterrissage ne présentant pas de risque. La caméra est développée par l'Université de Rikkyo.
  • OROCHI (Optical RadiOmeter composed of CHromatic Imagers) est une caméra dotée d'un objectif grand angle prenant des images en lumière visible lorsque la sonde spatiale est en orbite autour des lunes. Les images prises dans différentes longueurs d'ondes permettront d'étudier la topographie de la surface des lunes et d'identifier les matériaux hydratés et organiques présents à la surface de la Lune à une échelle globale et sur les sites étudiés pour le prélèvement d'échantillon. La caméra est développée par l'Université de Rikkyo (Japon). TENGOO et OROCHI font référence à deux créatures de la mythologie japonaise : Tengu, le chien céleste et Orochi le dragon à huit têtes[7].
  • l'altimètre LIDAR (Light Detection And Ranging) mesure à l'aide d'un laser la distance entre le sol et la sonde spatiale lorsque celle-ci survole les lunes martiennes. Les données collectées contribuent à établir la topographie et déduire l'albedo (déduit de la proportion des photons produits par le laser et réfléchis par la surface). L'instrument est fourni par l'Université de technologie de Chiba (Japon).
  • le spectromètre imageur infrarouge MacrOmega (Macroscopique Observatoire pour la Minéralogie, l'Eau, le Glaces et l'Activité) mis en œuvre lors du survol des lunes martiennes mesure les caractéristiques des minéraux de la surface. L'instrument analyse le spectre électromagnétique en proche infrarouge (jusqu'à 4 microns). Il en déduit la distribution des minéraux hydratés, les substances associées à l'eau et les matériaux organiques. Ces données sont utilisées pour sélectionner le site d'atterrissage retenu pour prélever l'échantillon de sol lunaire. L'instrument est fourni par l'Institut d'Astrophysique Spatiale (France). Cet instrument avait été développé initialement pour la mission ExoMars avant que la NASA abandonne sa participation[7].
  • le spectromètre gamma et neutre MEGANE (Mars-moon Exploration with GAmma rays and NEutrons) pour identifier les atomes de fer, silicium et calcium. L'instrument est fourni par l'Applied Physics Laboratory de l'Université John Hopkins (Etats-Unis). MEGANE dérive d'instruments similaires embarqués sur les missions MESSENGER et Lunar Prospector.
  • l'instrument d'analyse CMDM (Circum-Martian Dust Monitor) doit étudier la poussière à la surface de la lune martienne. Il peut mesurer la distribution en taille des grains de poussière à partir de 10 microns de diamètre. Les données collectées permettent de déduire la fréquence de collisions des corps célestes générant cette poussière et dans quelle proportion celle-ci retombe sur la surface. L'instrument est fourni par l'Université de technologie de Chiba (Japon).
  • le spectromètre de masse MSA (Mass Spectrum Analyzer). L'instrument est fourni par l'Université d'Osaka (Japon)).

Le rover[modifier | modifier le code]

La sonde spatiale emporte un petit rover conçu conjointement par le CNES et le DLR. La collaboration mise en place pour la mission japonaise Hayabusa 2 (fourniture d'un mini-rover MASCOT) est ainsi reconduite pour MMX[10],[11]. Contrairement à Mascot dont la durée de vie était limitée à 24 heures par le recours à des batteries, le rover de MMX, pour l'instant baptisé MASCOT 2, est équipé de panneaux solaires qui lui assurent une durée de vie prolongée. Le petit rover dispose de 4 roues. L'agence spatiale allemande est chargée de la conception de la structure du rover, des composants assurant sa mobilité et fournit un spectromètre et un radiomètre. L'agence spatiale française, le CNES, développeme les caméras et l'électronique principale[7].

Le système de prélèvement[modifier | modifier le code]

Les lunes Phobos et Deimos ont une taille beaucoup plus importantes que les astéroïdes visités par les missions Hayabusa et Hayabusa 2. La gravité est de 0,0057 m/s² (1 700 fois moins que sur Terre). La technique de prélèvement d'échantillon est du coup différente de celle mise en oeuvre par les sondes spatiales Hayabusa. Alors que ces dernières effectuent la collecte du sol après un contact très bref avec la surface de l'astéroïde, MMX se posera à la surface de la lune martienne pour prélever l'échantillon du sol. Son séjour sur le sol sera néanmoins limité à 3 heures. Si nécessaire, deux atterrissages seront effectués pour garantir le succès du prélèvement de sol[7].

Déroulement de la mission[modifier | modifier le code]

Selon le scénario en vigueur en avril 2017, la mission projetée serait lancée vers septembre 2024 par le nouveau lanceur japonais H3 en cours de développement. MMX doit se placer sur une orbite martienne en août 2025. Durant 34 mois la mission restera sur une orbite quasi stationnaire par rapport aux satellites de Mars. Elle effectuera une cartographie minéralogique (en particulier des minéraux hydratés) et une étude géologique complète de Phobos et partielle de Deimos. Des mesures seront effectuées pour déterminer la structure interne en particulier la présence de glaces. Elle doit se poser sur la surface de Phobos à deux reprises pour y prélever des échantillons puis effectuer plusieurs survols de Deimos pour étudier cette deuxième lune. La capsule d'échantillon entamerait son voyage de retour en août 2028 avec une arrivée sur Terre planifiée en juillet 2029. L'atterrissage doit avoir lieu dans une région désertique située en Australie[2],[7].

Notes et références[modifier | modifier le code]

Voir aussi[modifier | modifier le code]

Articles connexes[modifier | modifier le code]

Liens externes[modifier | modifier le code]