Programme Mariner

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Le lancement de Mariner 1 par un lanceur Atlas-Agena B en juillet 1962.

Le programme Mariner est une série de missions spatiales américaines de la NASA ayant pour objectif d'envoyer des sondes spatiales afin d'étudier les planètes du Système solaire inférieur, les plus proches de la Terre. Dix sondes spatiales, de Mariner 1 à Mariner 10, sont lancées entre 1962 et 1973 vers les planètes Mars, Vénus et Mercure. Les coûts de recherche, de développement, de lancement et de soutien de la série de véhicules spatiaux Mariner (Mariner 1 à 10) s'élève à 554 millions de dollars américains.

Ce programme ambitieux est à l'origine de plusieurs premières dans le domaine de l'exploration spatiale : première mise en orbite autour d'une planète autre que la Terre, première utilisation de l'assistance gravitationnelle. Sur le plan scientifique, les sondes fournissent de nombreuses informations sur les planètes inférieures qui peuvent pour la première fois être photographiées : cartographie d'une grande partie de la planète Mars et de 45 % de la planète Mercure, composition de l'atmosphère de Mars et Vénus, mesure des champs magnétiques... Pour Mars et Vénus, les résultats modifient radicalement l'image idéalisée de ces planètes que beaucoup de gens jusque-là considèrent comme des parentes proches de la Terre. Enfin dans le contexte de la course à l'espace les réussites du programme Mariner contribuent à démontrer la supériorité de l'astronautique américaine sur sa concurrente soviétique malgré les succès remarquables de quelques missions à la même époque.

Sur les dix missions lancées, sept sont des succès ce qui représente pour l'époque un résultat remarquable. Les trois autres sont perdues dans des incidents techniques peu après le décollage. Les sondes Mariner partagent une architecture commune basée sur une partie centrale de forme hexagonale mais les équipements scientifiques installés varient beaucoup avec une masse comprise entre 202 et 559 kg.

Contexte et lancement du programme[modifier | modifier le code]

L'état des connaissances sur les planètes inférieures en 1962[modifier | modifier le code]

Les sondes Mariner : points communs et différences[modifier | modifier le code]

Toutes les sondes Mariner sont basées sur un châssis octogonal en magnésium, contenant l'électronique de bord, sur lequel est fixé l'équipement tel que les systèmes de communication, les systèmes d'imagerie (appareils photos, caméras de télévision), la propulsion et les sources d'énergies. Le châssis est lui-même conçu pour recevoir huit modules standardisés, un par face, permettant d'héberger les appareils scientifiques et les accumulateurs.

L'énergie est fournie par quatre panneaux solaires, sauf pour Mariner 10 et Mariner 1 et Mariner 2 qui n'en ont que deux. De plus, à l'exception des sondes Mariner 2 et Mariner 5, toutes sont équipées d'une caméra de télévision.

Les sondes Mariner sont stabilisées sur 3 axes grâce à des capteurs solaires et un viseur d'étoiles utilisant l'étoile Canopus (Alpha Carinae), la deuxième étoile la plus brillante du ciel nocturne[1].

Les sondes Mariner sont conçues à l'origine pour être lancées par le lanceur Atlas-Centaur. Les retards accumulés dans la conception de ce dernier imposent l'utilisation du lanceur Atlas-Agena B, moins puissante, pour les cinq premières missions. Les sondes Mariner 1 et Mariner 2 doivent même être amputées d'une partie de ses équipements scientifiques déjà montés pour réduire son poids[2].

Mariner 1 et Mariner 2[modifier | modifier le code]

Mariner 1 et Mariner 2 diffèrent des autres sondes Mariner en plusieurs points. Elles sont en fait dérivées des sondes Ranger 1 et Ranger 2. Le programme Ranger et le programme Mariner sont très liés dans leurs architectures, les premières sondes du programme Ranger ayant servi de banc d'essai pour le concept Mariner. La réussite de la mission Mariner 2 permet de passer à l'étape suivante.

Techniquement, le châssis de la sonde est plus simple. C'est un hexagone, réduisant de fait le nombre de modules à six. De plus, il y a une structure sous le châssis, supportant l'antenne haut gain, celle-ci se repliant sous la sonde pour le lancement, et les panneaux solaires. Les réservoirs de carburant sont aussi montés à l'extérieur du châssis.

Évolutions du concept[modifier | modifier le code]

Les premières sondes à reprendre la conception des Mariner sont Voyager 1 et Voyager 2. Bien que rattachées initialement au programme Mariner (il s'agit initialement des sondes Mariner 11 et 12), elles sont considérablement modifiées pour s'adapter aux contraintes de l'exploration des planètes Saturne et Jupiter (éloignement, faiblesse de l'éclairement solaire, vitesse nécessaire) et donnèrent naissance à un programme à part entière.

Plus tard, les orbiteurs du programme Viking utilisèrent une sonde de type Mariner 9 largement améliorée[3]. Les sondes Magellan[4] (étude de Vénus) et Galileo (étude de Jupiter) ont aussi comme base certaines parties du programme Mariner.

Une seconde génération de sondes de type Mariner, appelée Mariner Mark II, est conçue, bien que le projet est annulé pour raison budgétaire[5]. Néanmoins, cette seconde génération a malgré tout servi comme base pour la sonde Cassini-Huygens, ou comme inspiration pour la sonde New Horizons.

Caractéristiques principales des sondes Mariner
Nom Date lancement Lanceur Objectif Masse Autres caractéristiques Résultats
Mariner 1[6] 22 juillet 1962 Atlas-Agena B Survol de Vénus 202,8 kg Échec du lanceur.
Mariner 2[7] 27 août 1962 Atlas-Agena B Survol de Vénus 202,8 kg Premier survol de Vénus et d'une autre planète Rotation rétrograde lente, températures élevés, absence de champ magnétique, couche épaisse et continue de nuages.
Mariner 3[8] 5 novembre 1964 Atlas-Agena D Survol de Mars 260,8 kg Échec du lanceur.
Mariner 4[9] 28 novembre 1964 Atlas-Agena D Survol de Mars 260,68 kg Premier survol de Mars Photos de la surface de Mars, pression atmosphérique et température au sol, champ magnétique.
Mariner 5[10] 14 juin 1967 Atlas-Agena D Survol de Vénus 244,9 kg Pression atmosphérique, température, dimensions de la planète, composition chimique de l'atmosphère.
Mariner 6[11] 24 février 1969 Atlas-Centaur Survol de Mars 411,8 kg Photos de 20 % de la surface, composition de l'atmosphère, composition de la calotte polaire sud, forme et masse de Mars.
Mariner 7[6] 27 mars 1969 Atlas-Centaur Survol de Mars 411,8 kg Voir Mariner 6.
Mariner 8[12] 9 mai 1971 Atlas-Centaur Orbiteur martien 558,8 kg Échec de l'étage Centaur.
Mariner 9[13] 30 mai 1971 Atlas-Centaur Orbiteur martien 558,8 kg Première sonde à se placer en orbite autour d'une autre planète Couverture photo détaillée de la planète, observation des tempêtes de poussière.
Mariner 10[14] 3 novembre 1973 Atlas-Centaur Survol de Mercure 473,9 kg Premier survol de Mercure, première utilisation de l'assistance gravitationnelle Photos du sol de Mercure, champ magnétique.


Historique des missions[modifier | modifier le code]

Les sondes Mariner sont au nombre de dix. Leur lancement est réalisé entre le et le . En tout, sept missions furent effectuées :

Mariner 1[modifier | modifier le code]

Article détaillé : Mariner 1.


  • mission : survol de la planète Vénus.
  • types de capteurs : émissions micro-onde et infrarouge, poussières cosmique, plasma solaire et radiations haute énergie, champs magnétiques.
  • statut de la mission : échec.
  • état de la sonde : détruite peu après son lancement.

Mariner 1, destinée à survoler la planète Vénus, est lancée le . Mais une défaillance dans la trajectoire du lanceur Atlas-Agena B contraint le Air Force Range Safety Officer (RSO) à ordonner sa destruction, un peu moins de 5 minutes après son lancement.

Une légende urbaine veut qu'un simple point mis à la place d'une virgule dans un programme Fortran cause la défaillance. En fait, ce bogue concerne le programme Mercury[15], et est corrigé avant la moindre conséquence sérieuse.

C'est pourtant bien un simple caractère, qui a eu raison de la sonde[16]. Dans une spécification manuscrite, un tiret surmontait une variable pour signifier que la valeur associée devait être lissée dans le temps. Cette notation est ignorée par le programmeur qui emploie la valeur brute. Cela n'aurait pas prêté à conséquence si le capteur d'altitude du lanceur n'était pas tombé en panne, et si le programme erroné au sol n'avait pas pris le relais, menant le lanceur sur une trajectoire instable, puis incontrôlable.

Mariner 2[modifier | modifier le code]

Article détaillé : Mariner 2.
La sonde Mariner 2.

Mariner 2 est la doublure de Mariner 1, le défaut de programmation est rapidement corrigé, puis est lancée avec succès le . Au terme de 3 mois et demi de voyage, elle survole la planète Vénus comme prévu, devenant ainsi la première sonde à survoler une planète autre que la Terre, et permet de faire les toutes premières observations de Vénus.

Mariner 3[modifier | modifier le code]

Article détaillé : Mariner 3.
La sonde Mariner 3.
  • mission : survol de la planète Mars.
  • types de capteurs : caméra avec enregistreur numérique (20 images), émissions micro-onde et infrarouge, poussières cosmique, plasma solaire, rayonnement interplanétaire, champs magnétiques, occultation radio et mécanique céleste.
  • statut de la mission : échec.
  • état de la sonde : en orbite héliocentrique.

Lors du lancement de Mariner 3, un défaut de conception fait que la coiffe surmontant la sonde ne se sépare pas comme prévu. Les panneaux solaires ne pouvant se déployer, ni recevoir de lumière, la sonde tourne sur ses accumulateurs jusqu'à épuisement. Elle est en orbite héliocentrique, toujours surmontée de sa coiffe.

Mariner 4[modifier | modifier le code]

Article détaillé : Mariner 4.
La sonde Mariner 4.
  • mission : survol de la planète Mars.
  • types de capteurs : caméra avec enregistreur numérique (20 images), émissions micro-onde et infrarouge, poussières cosmique, plasma solaire, radiations, champs magnétiques, occultation radio et mécanique céleste.
  • statut de la mission : succès.
  • état de la sonde : sur orbite héliocentrique, le contact radio est perdu après un bombardement de micrométéorites.

Après la perte de sa sœur jumelle, le défaut avec la coiffe est corrigée et la sonde Mariner 4 est lancée avec succès, en seulement trois semaines, le .

Les 14 et , la sonde survole la planète Mars comme prévu et prend 22 photographies historiques, les toutes premières images jamais réalisées de Mars. Ces images mettent fin à presque toutes les théories de l'époque en révélant une surface plus lunaire que terrestre, aucune étendue d'eau et une faible atmosphère. Après le survol, qui dure 25 minutes, la sonde continue sa route, tout en transmettant des informations scientifiques sur son environnement.

Elle termine sa mission le , après avoir subi un bombardement de micrométéorites qui la met hors service.

Mariner 5[modifier | modifier le code]

Article détaillé : Mariner 5.
La sonde Mariner 5.
  • mission : survol de la planète Vénus.
  • types de capteurs : photomètre à ultraviolets, poussières cosmiques, plasma solaire, radiations, champs magnétiques, occultation radio et mécanique céleste.
  • statut de la mission : succès.
  • état de la sonde : en orbite héliocentrique.

Mariner 5 est à l'origine une doublure pour Mariner 4. Mais après le succès éclatant de cette dernière, il est décidé de profiter de cette sonde supplémentaire pour étudier Vénus. Après quelques modifications pour l'adapter à ce nouvel environnement, elle est lancée avec succès le .

Elle survole la planète Vénus comme prévu, et permet de récolter des informations bien plus précises que Mariner 2. L'occultation radio permet aussi de mieux comprendre les relevés de température et de pression faits peu de temps avant par Venera 4, ce qui permet de confirmer définitivement l'environnement extrême de Vénus.

Mariner 6[modifier | modifier le code]

Article détaillé : Mariner 6.
La sonde Mariner 6.
  • mission : survol de la planète Mars.
  • types de capteurs : caméras grand et moyen angle avec enregistreur numérique, spectromètre infrarouge, radiomètre, spectromètre à ultraviolets, occultation radio et mécanique céleste.
  • statut de la mission : succès.
  • état de la sonde : en orbite héliocentrique.

Mariner 6 est en fait une mission double, en étant accompagnée par sa sonde jumelle Mariner 7. C'est la première fois qu'une mission double est réussie. Le but est de profiter des résultats de la première sonde pour diriger la seconde, quelques semaines plus tard. Et, au pire, d'avoir malgré tout des résultats en cas d'accident sur l'une des deux sondes.

Lancée le , elle réussit à prendre 75 photographies de la planète Mars lors de son survol.

Mariner 7[modifier | modifier le code]

Article détaillé : Mariner 7.
La sonde Mariner 7.
  • mission : survol de la planète Mars
  • types de capteurs : caméras grand et moyen angle avec enregistreur numérique, spectromètre infrarouge, radiomètre, spectromètre à ultraviolets, occultation radio et mécanique céleste.
  • statut de la mission : succès.
  • état de la sonde : en orbite héliocentrique.

Mariner 7, est lancée le , suivit de près sa partenaire de mission, Mariner 6, en ayant les mêmes objectifs que cette dernière.

Par contre, si sa partenaire fait un voyage sans incidents, Mariner 7 subit une avarie environ une semaine avant le survol de Mars. En effet, un de ses accumulateurs explose, déviant la sonde de sa trajectoire à cause d'une fuite de gaz, et coupant son antenne haut gain. Heureusement, cette dernière peut être remise en fonctionnement, et la trajectoire corrigée. La mission est donc un succès, fournissant même plus de données scientifiques que sa partenaire.

Mariner 8[modifier | modifier le code]

Mariner 8

La sonde Mariner 8.
  • mission : mise en orbite autour de la planète Mars.
  • types de capteurs : caméras grand et moyen angle avec enregistreur numérique, spectromètre infrarouge, radiomètre, spectromètre à ultraviolets, occultation radio et mécanique céleste.
  • statut de la mission : échec.
  • état de la sonde : détruite lors du lancement.

Après la réussite de la double mission vers Mars, la NASA décide de tenter de nouveau l'expérience. Mariner 8 est la première sonde, et doit être suivie de près par sa partenaire, Mariner 9. Malheureusement, un problème technique sur son lanceur Atlas-Centaur fait qu'elle retombe dans l'atmosphère quelques minutes seulement après le décollage, le . Elle termine sa chute dans l'océan Pacifique.

Mariner 9[modifier | modifier le code]

Article détaillé : Mariner 9.
La sonde Mariner 9.
  • mission : mise en orbite autour de la planète Mars.
  • types de capteurs : caméras grand et moyen angle avec enregistreur numérique, spectromètre infrarouge, radiomètre, spectromètre à ultraviolets, occultation radio et mécanique céleste.
  • statut de la mission : succès.
  • état de la sonde : mission terminée et en orbite autour de Mars jusqu'à sa rentrée dans l'atmosphère en 2022.

Bien que lancée par le même lanceur que Mariner 8, Mariner 9 qui a un plan de mission totalement indépendant de sa sonde jumelle, peut mener à bien sa propre mission. Après avoir été lancée avec succès le , elle finit par atteindre Mars comme prévu.

Sa mission est de compléter les études et mesures réalisées par le couple de sondes précédent, tout en étant la première sonde à se mettre en orbite autour d'une planète autre que la Terre, permettant une étude longue et poussée de cette dernière. Avec l'épuisement de ses réserves de carburant, il devient impossible de contrôler son altitude, et elle reste sur une orbite qui la fera plonger dans l'atmosphère de Mars vers 2022.

Mariner 10[modifier | modifier le code]

Article détaillé : Mariner 10.
La sonde Mariner 10.
  • mission : survol de la planète Vénus et de la planète Mercure.
  • types de capteurs : deux caméras moyen angle avec enregistreur numérique, radiomètre infrarouge, plasma solaire, particules chargées, champs magnétiques, spectromètre à ultraviolets, occultation radio et mécanique céleste.
  • statut de la mission : succès.
  • état de la sonde : en orbite héliocentrique.

Mariner 10 est probablement la mission la plus riche du programme Mariner. Elle est lancée avec succès le .

Conçue à l'origine pour étudier uniquement la planète Vénus, les ingénieurs découvrent que des ajustements minimes de sa trajectoire permettent d'aller jusqu'à la planète Mercure, en utilisant la gravité de Vénus comme fronde. La manœuvre est exécutée, et Mariner 10 devient la première sonde à avoir utilisé l'assistance gravitationnelle d'une planète pour modifier sa trajectoire. Le concept de la voile solaire est aussi utilisé pour la première fois, pour compenser une panne matérielle.

Après le survol de Vénus, la sonde se dirige vers Mercure. Elle réussit à réaliser 3 passages, accumulant de nombreuses photos d'une qualité sans précédent, et permettant de comprendre certains mystères de Mercure. Mariner 10 devient ainsi la première sonde à observer Mercure.

Mariner 11 et Mariner 12[modifier | modifier le code]

Article détaillé : Programme Voyager.

La NASA planifie un sous-programme ambitieux au programme Mariner. Si ce dernier a comme but l'étude de Mars et Vénus, puis de Mercure, ce sous-programme doit étudier la planète Jupiter et la planète Saturne. Ce sous-programme spécifique est nommé temporairement Mariner Jupiter-Saturn 1977 program.

De par la position éloignée des deux géantes gazeuses, et leur nature, de nombreuses questions techniques doivent trouver une réponse :

  • comment obtenir une précision suffisante de la trajectoire ?
  • la ceinture d'astéroïdes est-elle dangereuse ?
  • comment utiliser l'assistance gravitationnelle alors que de nombreuses lunes sont présentes autour des planètes ?
  • des panneaux solaires seront-ils suffisants pour assurer l'énergie des sondes ?

Toutes ces questions trouvent une réponse, mais rapidement les adaptations et modifications nécessaires deviennent trop importantes, s'éloignant de plus en plus de la base du programme Mariner. La NASA sépare complètement les deux programmes. Enfin, en 1977 le Mariner Jupiter-Saturn program est nommé programme Voyager, jugé plus communicant[17].

Les résultats scientifiques[modifier | modifier le code]

Un programme ambitieux à l'origine de plusieurs premières dans le domaine de l'exploration spatiale, il permet des découvertes en astronomie importantes[5].

Le programme Mariner est extrêmement riche en résultats scientifiques. L'espace interplanétaire est alors très mal connu, et tout reste à découvrir. Premièrement, trois planètes sont ainsi découvertes pour la première fois, les seules observations possibles étant alors faites par des télescopes terrestres. Ensuite, de nombreuses dynamiques solaires sont étudiées, voire découvertes. Tel que le vent solaire, dont le principe est utilisé pour la première fois par la sonde Mariner 10 pour ralentir sa course un peu trop rapide, ou l'observation du plasma éjecté par le Soleil. Les connaissances sur le « vide » stellaire font aussi un bond en avant, grâce à de nombreuses expériences scientifiques embarquées.

De plus, pour la première fois, il est possible de voir d'autres planètes que la Terre, ce qui permet de faire avancer les hypothèses sur notre propre planète et sur la création du Système solaire.

Mercure[modifier | modifier le code]

Article détaillé : Mercure (planète).

La dernière planète étudiée par une sonde Mariner, Mercure pose de très nombreuses énigmes aux chercheurs. En effet, de par sa position si rapprochée du Soleil, il est presque impossible de l'observer correctement depuis la Terre, et aucune sonde n'a encore été envoyée pour l'étudier.

Mariner 10 permet de mettre fin aux spéculations. La sonde y découvre un champ magnétique, là où les chercheurs ne pensent pas en trouver un. Une atmosphère, bien que légère, est aussi détectée. Et près de 3 500 photographies sont prises, d'une qualité exceptionnelle, permettant une étude géologique de la planète.

En 2019, Mariner 10 est la seule sonde avec Messenger à avoir étudié la planète Mercure.

Vénus[modifier | modifier le code]

Article détaillé : Vénus (planète).

Le programme Mariner apporte beaucoup en ce qui concerne la planète Vénus. De nombreux instruments l'étudie. De la cartographie radar aux mesures sur différentes longueurs d'onde, en passant par les mesures de température, ou encore la composition de son atmosphère. Beaucoup de découvertes sont faites par les sondes Mariner, alors en pleine course contre le programme Venera de l'URSS.

Mars[modifier | modifier le code]

Article détaillé : Mars (planète).

Planète mystérieuse jusqu'à la mission Mariner 4, c'est véritablement l'avancée la plus importante réalisée par le programme Mariner.

Avec les premières images de Mariner 4, c'est tout un pan de théories qui laisse place à des faits réels. Une vie martienne devient, au mieux, impossible. Et c'est tout un monde qui doit être étudié sur des bases totalement nouvelles. Les missions Mariner vont alors se succéder, et apporter à chaque fois leurs lots de résultats scientifiques.

Notes et références[modifier | modifier le code]

Notes[modifier | modifier le code]

Références[modifier | modifier le code]

  1. (en) NASA Report - Guidance And Control of The Mariner Planetary Spacecraft
  2. (en) NASA History Division - July-September 1961 Time Line, le 28 septembre
  3. (en) NASA NSSDC Catalog - Viking 1 Orbiter
  4. (en) NASA NSSDC Catalog - Magellan
  5. a et b (en) JPL Mission and Spacecrafs Library - Mariner program
  6. a et b (en) NASA Master catalog, NASA (lire en ligne)
  7. (en) NASA Master catalog, NASA (lire en ligne)
  8. (en) NASA Master catalog, NASA (lire en ligne)
  9. (en) NASA Master catalog, NASA (lire en ligne)
  10. (en) Asif A. Siddiqi (NASA), Deep Space Chronicle: A Chronology of Deep Space and Planetary Probes 1958–2000, (lire en ligne), « 1967 », p. 64
  11. (en) NASA Master catalog, NASA (lire en ligne)
  12. (en) NASA Master catalog, NASA (lire en ligne)
  13. (en) NASA Master catalog, NASA (lire en ligne)
  14. (en) NASA Master catalog, NASA (lire en ligne)
  15. (en) The Risks Digest Volume 9 Issue 54
  16. (en) The Risks Digest Volume 8 Issue 75
  17. (en) JPL Voyager Program Section - Voyager program Time Line

Sources[modifier | modifier le code]

  • (en) Paolo Ulivi et David M Harland, Robotic Exploration of the Solar System Part 1 The Golden Age 1957-1982, Springer Praxis, (ISBN 978-0-387-49326-8)

Voir aussi[modifier | modifier le code]

Articles connexes[modifier | modifier le code]

Liens externes[modifier | modifier le code]