Cet été, le lancement du rover Perseverance de la Nasa, à destination de la planète Mars, marquera le coup d’envoi de l’ambitieuse mission de retour d’échantillons martiens. Cette mission se déroulera en plusieurs étapes et s’étalera sur une dizaine d’années. Elle comprendra plusieurs éléments réalisés par la Nasa et l’ESA, dont le Fetch rover. Ce rover, construit par Airbus, sera utilisé pour récupérer les échantillons martiens collectés et déposés par Perseverance tout au long de son parcours.
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Airbus a remporté un contrat d'étude pour la réalisation du Sample Fetch Rover martien. Plus communément appelé Fetch rover, ce rover est réalisé dans le cadre de la mission de retour d'échantillons que préparent la Nasa et l'Agence spatiale européenneAgence spatiale européenne. Cette mission, qui se déroulera en plusieurs étapes, débutera dès cet été avec le lancement du rover Perseverance de la Nasa et se terminerait en 2030 avec l'arrivée sur Terre des échantillons martiens.
Le Fetch rover, qui sera lancé en 2026, aura pour unique tâche la récupération des échantillons de la Planète rouge collectés par Perseverance qui les aura logés dans des petits tubes en métal et les aura déposés sur la surface de Mars. Il devra ensuite les installer dans un container qui pourra contenir jusqu'à 36 tubes d'échantillons. Le container sera ensuite installé sur le MAV, la fuséefusée utilisée pour quitter Mars, qui le lancera en orbite d'où il sera récupéré par l'Earth Return Orbiter, un autre engin spatial développé par l'ESA avec une charge utile de la Nasa.
Un rover aussi simple et robuste que possible
Pour des raisons de limitation des risques et des pannes en opération sur Mars, ce rover sera d'une très grande simplicité et n'embarquera aucun instrument scientifique si ce n'est des caméras pour la navigation. Léger et rapide, il sera similaire dans sa conception à Spirit et Opportunity, de la mission MER, mais son avionique sera, quant à elle, héritée de Curiosity. Il devra parcourir au moins 12 kilomètres pour l'aller et le retour, soit un rayon d'action de six kilomètres, au rythme de 150 à 200 mètres par jour.
Pour cela, afin de réduire sa masse et sa complexité, il sera équipé de quatre roues, contrairement au rover ExoMars Rosalind Franklin qui dispose de six roues. Les caractéristiques, la taille et le nombre de roues ont été définis afin de s'adapter à la topographie du site d'atterrissage martien, et pour garantir la vitessevitesse et la performance requises pour atteindre les tubes et les rapporter dans le temps imparti au lanceurlanceur.
D'une duréedurée de vie d'au moins 80 sols (jours) martiens, ce rover devra naviguer de manière autonome et être capable de détecter les tubes d'échantillons qui pourraient être recouverts de poussière martienne, de les ramasser et les renvoyer sur Terre. De huit à dix ans pourraient s'écouler entre la collecte des échantillons et leur récupération. Il utilisera des algorithmes sophistiqués qui ont déjà été testés dans un environnement martien artificiel utilisant la caméra du rover pour reconnaître et calculer la position exacte des tubes d'échantillonnageéchantillonnage. Il embarquera évidemment un bras robotisé spécifique avec un système de préhension pour attraper les tubes.
Le saviez-vous ?
Avant d’envoyer des humains sur Mars, comme prévoit de le faire la Nasa à l’horizon 2033, il sera nécessaire d’avoir une idée assez précise de la toxicité de la poussière martienne, que l’on suppose bien plus dangereuse que celle de la Lune. Elle serait un irritant et un oxydant mécanique mais aussi un poison chimique. D’où l’importance de cette mission de retour d’échantillons martiens.
La Nasa dévoile la fusée qui quittera Mars avec des échantillons du sol
Article de Rémy DecourtRémy Decourt publié le 22/04/2020
Cet été, le lancement du rover PerseverancePerseverance de la Nasa (Mars 2020), à destination de la planète Mars, marquera le coup d'envoi de l'ambitieuse mission de retour d'échantillons martiens. Cette mission, qui s'étalera sur une dizaine d'années, comprendra plusieurs éléments réalisés par la Nasa et l'ESA, dont une fusée utilisée pour quitter Mars avec, à son bord, des dizaines d'échantillons martiens.
Dans le cadre de la mission de retour d'échantillons que préparent la Nasa et l'Agence spatiale européen, le site d'informations spatiales Spaceflight Now a dévoilé de nouvelles informations sur le Mars Ascent Vehicle (MAV). Il s'agit de la fusée qui sera utilisée pour envoyer en orbite martienne les échantillons de la planète ayant été récupérés par le fetch rover de l'agence spatiale européenne. Cette fusée à deux étages, dont la conception s'appuie sur des technologies militaires, utilisera deux moteurs à combustiblecombustible solidesolide pour décoller de sa plateforme et rejoindre l'orbite martienne.
Très contrainte concernant sa taille et sa masse pour des raisons d'encombrements, le MAV ne doit pas mesurer plus de 2,8 mètres et son diamètre est limité à 57 petits centimètres. Au décollage, sa masse ne devra pas dépasser les 400 kilogrammeskilogrammes -- dont 14 à 16 kilogrammes représentent la masse du conteneur abritant les échantillons -- sous peine d'avoir des difficultés à rejoindre l'orbite martienne. Par rapport à la taille d'un lanceur terrestre, tel que Ariane 5 qui mesure plus de 50 mètres de haut, les dimensions du MAV peuvent paraître lilliputiennes. Mais la gravitégravité martienne, qui représente seulement 38 % de celle de la Terre, rend possible le décollage d'une fusée de ce gabarit.
Les échantillons attendus sur Terre en 2030
Si l'on se fie au scénario aujourd'hui figé, mais sujet à modification si des imprévus surviennent lors de la collecte des échantillons avec le rover Perseverance (Mars 2020), la Nasa prévoit de lancer en 2026 le Sample Retrieval landerlander, sur lequel seront installés le MAV et le Fetch rover de l'Agence spatiale européenne. Le lander se posera à proximité de Perseverance dont le lancement est toujours prévu cet été, malgré la pandémie mondiale du coronaviruscoronavirus (SARS-CoV-2SARS-CoV-2).
Le Fetch rover de l'ESA récupérera les échantillons de la Planète rouge collectés par le rover Perseverance qui les aura logés dans un container à 36 tubes d'échantillons de la taille d'un stylo. Le container sera ensuite installé sur le MAV qui le lancera en orbite d'où il sera récupéré par l'Earth Return Orbiter de l'ESA. Un mécanisme enfermera le container à l'intérieur d'un système de bio-confinement avant de le ramener sur notre Planète. Le lancement MAV, qui n'est pas prévu avant la mi-2029, sera observé par les rovers Perseverance et Fetch.
Désagréablement surpris par le deuxième report de la mission ExoMars 2018ExoMars 2018 de l'Agence spatiale européenne, la Nasa préfère se prémunir d'une déconvenue similaire avec le Fetch rover. Elle se garde la possibilité d'utiliser Persevrance, s'il fonctionne toujours en 2029, pour livrer les échantillons au MAV. Officiellement, il s'agit d'une mesure de redondance complémentaire au cas où le rover européen serait empêcher de réaliser sa mission.
Méconnaissance des risques induits par la poussière martienne
Cette mission de retour d'échantillons martiens est un préalable avant l'envoi d'une première mission habitée à destination de Mars. En effet, la poussière martienne est un sujet de préoccupation majeur au sein des agences spatiales désireuses d'envoyer des Hommes sur Mars. Étonnement, malgré plusieurs décennies d'exploration robotiquerobotique de cette planète, on ne connait toujours pas sa composition chimique exacte ni les risques que sont susceptibles d'encourir les astronautesastronautes à son contact. D'où la nécessité qu'elle soit davantage étudiée.
Mars : la Nasa et l'ESA préparent la mission de retour d'échantillons sur Terre
Article de Rémy Decourt publié le 01/08/2019
Lors de la dernière réunion du Mepag, un groupe de travail international chargé de définir la stratégie d'exploration de la planète Mars, la Nasa et l'ESA ont réaffirmé leur soutien à cette mission nécessaire et confirmé le calendrier décidé il y a quelques années qui prévoit un retour sur Terre d'échantillons martiens en 2031. Pour tenir cet objectif, la Nasa comme l'ESA ont besoin d'un feufeu vert officiel d'ici fin 2019 afin de démarrer les phases initiales du développement des différents éléments de la mission.
Bien que ni la Nasa ni l'Agence spatiale européenne n'aient officiellement approuvé une mission de retour d'échantillons martiens (MSR), les deux agences spatiales, contraintes par le temps, prennent actuellement des mesures pour démarrer leurs projets.
D'abord parce que le rover Mars 2020 de la Nasa, chargé de collecter les échantillons martiens, sera dans les délais et aussi parce qu'avant d'envoyer des Humains sur Mars, comme prévoit de le faire la Nasa à l'horizon 2033, il sera nécessaire d'avoir une idée assez précise de la toxicitétoxicité de la poussière martienne, que l'on suppose bien plus dangereuse que celle de la LuneLune. Elle serait un irritant et un oxydant mécanique mais aussi un poison chimique. À ces deux contraintes s'en ajoute une troisième.
En raison des orbites de Mars et la Terre, des opportunités de lancement s'ouvrent tous les 24 à 26 mois. Opportunités qui se concrétisent par des fenêtres de tir rendant le voyage vers Mars moins long et plus simple que lors d'une autre période. Mais, comme les orbites des deux planètes ne sont pas parfaitement circulaires ni situées dans le même plan, ces fenêtresfenêtres ne sont pas identiques, de sorte que les durées du voyage diffèrent. Il y a un compromis à trouver avec les quantités de propergolspropergols à emporter, ce qui influe sur la masse de la sonde, donc la puissance du lanceur à utiliser, et donc le coût de la mission.
Dans le cas de la mission MSR, les fenêtres de tir de 2026 et 2028 sont bien plus favorables que les suivantes qui ne permettent pas une mission MSR à un coût acceptable. À l'été 2026, la Nasa lancera le lander sur lequel seront installés le MAV et le fetch rover. Suivra à l'automneautomne 2026, le lancement du satellite de capture et de retour vers la Terre de l'ESA. Si l'orbiter de l'ESA rejoindra Mars en un an, le lander de la Nasa mettra deux ans pour atteindre la Planète rouge.
Un scénario et une répartition des tâches figés
Si depuis 2018 le déroulement de la mission et la répartition des rôles entre la Nasa et l'ESA sont connus dans ses grandes lignes, il reste quelques détails à régler. Les États-Unis réaliseront le véhicule d'ascension martien (MAV) et son système d'atterrissage, le container des échantillons, le système de capture du conteneur en orbite martienne, la capsule de rentrée terrestre et son inclusion dans une double enveloppe. Quant à l'Europe, elle s'est engagée à réaliser le satellite de capture et de retour vers la Terre, le fetch rover, le bras de récupération et de transfert des échantillons dans le conteneur (back up sur l'atterrisseur du MAV).
Retour d'échantillons martiens : comment l'Europe y participera
Article de Rémy Decourt, publié le 12/07/2018
Le scénario de la mission de retour d'échantillons martiens prend forme, après la finalisation des tâches entre la Nasa et l'ESA. La semaine dernière, l'ESA a confié à Airbus deux études pour la conception du rover collecteur d'échantillons et de l'orbiteur qui assurera le retour vers la Terre. Pour l'heure, il s'agit seulement de conception. Le développement fera l'objet d'autres contrats, dès que les États membres de l'ESA auront approuvé la participation de l'ESA à cette mission inédite lors de sa conférence ministérielle prévue en 2019.
La mission de retour d’échantillons martiens, dont nous vous avons présenté le scénario il y a quelques semaines, avance. Bien qu'elle n'a pas encore été officiellement approuvée dans sa globalité par l'ESA et la Nasa, les deux agences partenaires, tous les voyants sont au vert. Pour l'instant, seule la première partie de la mission est sur les rails avec le rover Mars 2020 chargé de collecter les échantillons martiens. Les étapes suivantes sont en attente de décisions et le financement de ce retour d'échantillons, estimé entre 5 et 10 milliards de dollars, n'est pas encore budgétisé.
En avril 2018, une lettre d'intention pour la réalisation de la mission « Mars Sample Return » a été signée et récemment les deux agences se sont accordées sur un partage des responsabilités. Dans ce cadre-là, l'Europe réaliserait le satellite de capture et de retour vers la Terre, le Sample Fetch Rover (en français, le rover collecteur d'échantillons) et le bras de récupération et de transfert des échantillons dans le conteneur et du conteneur sur le MAV.
La semaine dernière, Airbus s'est vu attribuer par l'Agence spatiale européenne (ESA) deux études portant sur la conception du rover collecteur d'échantillons (Sample Fetch Rover) et de l'orbiteur pour le retour vers la Terre (Earth Return Orbiter).
Pour la première fois deux rovers vont interagir sur Mars
Après son lancement en mars 2026, le Sample Fetch Rover récupérera les échantillons de la Planète rouge collectés par le rover Mars 2020 qui les aura logés dans 36 tubes d'échantillons de la taille d'un stylo. Le Sample Fetch Rover devra récupérer ces tubes et les chargera dans un conteneur prévu à cet effet dans le véhicule de lancement, le Mars Ascent Vehicle. Lequel l'emportera ensuite en orbite autour.
Léger et rapide, ce rover sera similaire dans sa conception à SpiritSpirit et OpportunityOpportunity, de la mission MER, mais son avionique sera, elle, héritée de Curiosity. Il devra parcourir au moins 12 kilomètres pour l'aller et le retour, soit un rayon d'action de six kilomètres, au rythme de 150 mètres par jour. D'une durée de vie d'au moins 80 sols (jours martiens), il n'embarquera aucun instrument scientifique si ce n'est des caméras pour la navigation.
Troisième étape de la mission, l'Earth Return Orbiter de l'ESA capturera le conteneur, de la taille d'un ballonballon de basket, sur son orbite martienne et l'enfermera à l'intérieur d'un système de bio-confinement avant de le ramener sur notre planète. Les échantillons seraient ainsi sur Terre avant la fin de la prochaine décennie.
La parole à David Parker, directeur de l'exploration humaine et robotique à l'ESA : « Rapporter des échantillons de Mars sur notre planète est essentiel à plusieurs titres. Tout d'abord, pour comprendre pourquoi Mars, alors que c'est la planète qui ressemble le plus à notre Terre, a évolué si différemment, mais aussi pour comprendre au mieux l'environnement martien dans le but ultime de permettre un jour à l'Homme de vivre et travailler sur la Planète rouge. Je me réjouis de cette nouvelle avancée dans l'exploration de Mars à travers l'attribution de ces deux études en particulier, et de toutes les autres qui sont conduites ailleurs en Europe ».
Retour d’échantillons martiens : le scénario est connu dans ses grandes lignes
Article de Rémy Decourt publié le 29/05/2018
Le scénario de la mission de retour d'échantillons martiens prend forme. Le scénario et la répartition des tâches entre la Nasa et l'Agence spatiale européenne font l'objet d'un consensus qu'il reste à matérialiser dans les faits. Si la première partie de la mission est financée, Mars 2020 pour la collecte des échantillons, les trois autres éléments nécessaires au retour des échantillons sur Terre attendent le feu vert des deux agences partenaires. Francis RocardFrancis Rocard, le Monsieur Mars du Cnes, nous explique les dernières décisions prises par la Nasa et l'ESA.
Fin avril, s'est tenue à Berlin, la deuxième conférence internationale Mars Sample Return. Dix ans après la première conférence, co-organisée à Paris par le Cnes et l'ESA, en coopération avec la Nasa et le groupe de travail international sur l'exploration martienne, les acteurs de l'exploration spatiale se sont de nouveau réunis. Durant trois jours, ils ont discuté des différentes options de coopération internationale, qui conduiraient à un retour d'échantillons de la planète rouge à la fin des années 2020, voire le début des années 2030.
Francis Rocard, le responsable des programmes d'exploration du Système solaireSystème solaire du Cnes souligne le « consensus qui s'est dégagé » pour que cette mission de retour d'échantillons martiens soit « réalisée dans le cadre d'un programme international en raison de sa complexité et de son coût notamment ». Selon le scénario choisi, le « budget de cette mission est estimée entre 5 et 10 milliards de dollars » ! Un montant à relativiser quand on sait que ce retour d'échantillons nécessitera pas moins de trois missions et non des moindres. Pour rappel, Curiosity a coûté 2,5 milliards de dollars.
Si plusieurs scénarios ont été étudiés ces dernières années, le « déroulement de la mission et la répartition des rôles sont aujourd'hui connus dans ses grandes lignes ». La lettre d'intention récemment signée entre l'ESA et la Nasa décrit un « partage des responsabilités éventuelles » :
- Le rover Nasa de Mars 2020 fait la collecte ;
- Les États-Unis réalisent le MAV et son système d'atterrissage, le container des échantillons, le système de capture du conteneur en orbite martienne, la capsule de rentrée terrestre et son inclusion dans une double enveloppe ;
- L'Europe réalise le satellite de capture et de retour vers la Terre, le fetch rover, le bras de récupération et de transfert des échantillons dans le conteneur (back up sur l'atterrisseur du MAV).
Francis Rocard répond aux questions que nous nous posons sur les différentes étapes de cette mission et l'armada d'engins martiens nécessaires à sa réalisation.
Vous confirmez que la mission de retour d'échantillons martiens sera bien réalisée ces prochaines années ?
Francis Rocard : Oui. Le coup d'envoi de cette mission sera donné avec Mars 2020. Ce rover de la Nasa sera lancé en juillet 2020. Il aura la tâche de récupérer des échantillons martiens et de les installer dans des tubes scellés qui seront récupérés plus tard.
Plus tard. C'est-à-dire ?
Francis Rocard : Il faut savoir que cette mission se fera par étapes. Le scénario prévoit trois autres missions à lancer lors des fenêtres de tir suivantes, c'est-à-dire tous les 26 mois en moyenne. L'idée est de lancer le MAV et le fetch rover lors de la fenêtre de tir de 2022, voire 2024 et l'orbiteur du retour en 2024 ou 2026. Dit autrement, les échantillons pourraient quitter Mars en 2028 et arriver sur Terre en 2030.
Fetch rover, MAV, orbiteur de capture et de retour : vous pouvez préciser le rôle de chacun ?
Francis Rocard : Le fetch rover n'a qu'une fonction : récupérer les tubes remplis d'échantillons collectés par Mars 2020 et les rapporter au MAV. Léger et rapide, ce rover sera similaire dans sa conception à Spirit et Opportunity, de la mission MER, mais son avionique sera, elle, héritée de Curiosity. Il devra parcourir au moins 12 kilomètres pour l'aller et le retour, soit un rayon d'action de six kilomètres, au rythme de 150 mètres par jour. D'une durée de vie d'au moins 80 sols (jours) martiens, il n'embarquera aucun instrument scientifique si ce n'est des caméras pour la navigation.
Le MAV (Mars Ascent Vehicle), c'est le véhicule de remontée pour quitter la planète Mars avec les échantillons ?
Francis Rocard : Oui. Il sera lancé pour mettre en orbite à quelque 350 kilomètres d'altitude le conteneur (12 kilogrammes). Le conteneur sera mis sur une orbite inférieur de 30 kilomètres par rapport à celle de l'orbiteur qui lui se situera à environ 380 kilomètres de la surface martienne.
Que se passe-t-il si le fetch rover ne peut pas rapporter au MAV le conteneur avec les échantillons ?
Francis Rocard : Ce scénario a été envisagé. C'est pourquoi la plateforme d'atterrissage du MAV sera équipée d'un bras robotique qui sera réalisé par l'ESA afin de réaliser une collecte de secours.
À quoi ressemblera ce véhicule de remontée ?
Francis Rocard : Le design et l'architecture de ce MAV ne sont pas encore finalisés. Sept projets sont à l'étude et proposent un véhicule à un ou deux étages, haut de deux à trois mètres pour un poids de 220 à 350 kilogrammes. La contrainte majeure est la température. Le MAV va rester au sol plusieurs mois le temps que le fetch rover récupère les échantillons et les rapporte au MAV.
Pourquoi la température est une contrainte ? Les rovers martiens fonctionnent bien plusieurs années sans problème particulier !
Francis Rocard : Le carburant. Il doit résister à des températures d'environ -70 °C. La solution envisagée est d'utiliser un carburant solide (c'est-à-dire à poudre) qui résiste bien à ces températures très froides, plutôt qu'un carburant liquideliquide qui peut geler avec des performances qui se dégradent.
Comment atterrira le MAV sur Mars ?
Francis Rocard : De la même façon que Curiosity et Mars 2020. La Nasa utilisera un skycrane. Le MAV sera installé en position horizontale (couché) sur une plateforme d'atterrissage qui embarquera aussi le fetch rover. Elle aura un poids d'environ 600 kilogrammes.
Pourquoi ne pas lancer directement vers la Terre le container depuis la surface martienne sans passer par ce rendez-vous en orbite ?
Francis Rocard : Ce n'est pas techniquement possible. Cela implique un lanceur martien important doté du carburant nécessaire à un voyage Mars-Terre. On ne sait ni le fabriquer sur place et encore moins l'envoyer depuis la Terre.
L'orbiteur récupère le conteneur et file tout droit vers la Terre ?
Francis Rocard : Oui, mais ce ne sera pas simple. La première difficulté sera de repérer le conteneur qui pour des raisons de simplicité sera passif. C'est-à-dire qu'il ne pourra pas communiquer sa position à l'orbiter (pas de bip-bip à la Spoutnik pour signaler sa position). L'orbiteur devra le localiser dès le lancement et l'observer en permanence de façon à ne pas le perdre de vue, notamment pour calculer sa position et sa vitesse relative par rapport à lui. Pour lui faciliter la tâche, on compte sur le MAV pour qu'il place le container sur l'orbite prévue, c'est-à-dire à plus ou moins 30 kilomètres sous l'orbiter. A contrario, si le lancement du MAV n'est pas nominal et que le conteneur ne soit pas mis en orbite à l'endroit prévu, les cinq ou six caméras de l'orbiteur ne seront pas de trop pour le localiser.
Comment se fera la capture du container ?
Francis Rocard : L'orbiter utilisera le système américain de localisation, de rendez-vous et de capture des conteneurs (Oscar). Ce système se présente sous la forme d'un cônecône qui se ferme après la capture. Le conteneur est ensuite introduit par un mécanisme dans la capsule de retour. Cette manœuvre, qui devrait durer une heure environ, sera réalisée de façon automatique et autonome.
Le rendez-vous en orbite martienne et le véhicule de remontée sont des aspects nouveaux. Seront-ils testés ou simulés sur Terre ?
Francis Rocard : Initialement, la Nasa prévoyait la démonstration d'un rendez-vous et d'une capture d'un conteneur en orbite terrestre. Pour des raisons de coûts, cette démonstration a été annulée. Elle n'aura donc pas droit à l'erreur.
Une fois la capture réalisée, l'orbiteur retourne sur Terre ?
Francis Rocard : Oui. Le retour est prévu pour durer six ou sept mois et plusieurs mois de plus si l'orbiteur utilise une propulsion électrique. Les échantillons atterriront vraisemblablement dans une base militaire américaine, située dans le désertdésert de l'Utah. Une autre étude évoque la possibilité que le futur poste avancé à proximité de la Lune, le Lunar Orbital Platform-Gateway (LOP-G), récupère les échantillons de façon à tester leur dangerosité avant de les envoyer sur Terre.
Retour d’échantillons martiens : un nouveau scénario pour la mission Mars 2020
Article de Rémy Decourt publié le 23/02/2018
Le scénario de la mission de retour d'échantillons martiens n'est pas encore figé. Plusieurs options sont encore à l'étude. Le débat porteporte actuellement sur l'intérêt du « fetch rover », un engin mobilemobile prévu pour récupérer, plusieurs années plus tard, les échantillons prélevés par le rover Mars 2020 et les apporter au véhicule qui les enverra en orbite. Francis Rocard, du Cnes, nous explique les questionnements en cours.
Aujourd'hui, il ne fait plus guère de doute qu'une mission de retour d'échantillons martiens sera réalisée ces prochaines années. Ce sera une « démonstration très spectaculaire que l'on est capable de faire un aller-retour à destination de Mars », nous explique Francis Rocard, spécialiste de Mars et responsable des programmes d'exploration du Système solaire au Cnes. Cette mission est aussi nécessaire car « on ne pourra pas envoyer d'humains sur Mars sans s'assurer que sa surface n'est pas toxique pour l'Homme ». En effet, certaines études laissent penser que la poussière martienne pourrait être bien plus toxique que la poussière lunaire, les mesures VikingViking ont révélé leur nature oxydante, voire un poison chimique.
En septembre 2017, nous vous dévoilions le dernier scénario américain d'une mission de retour d’échantillons qui pourrait être réalisée lors des fenêtres de tir des années 2020 avec une participation très significative de l'Agence spatiale européenne. Aujourd'hui, ce scénario pourrait « évoluer avec la suppression du fetch rover ». En 2026, cet engin se poserait juste à côté du rover Mars 2020. Il aurait alors deux ans pour aller jusqu'à lui, récupérer le conteneur et ses prélèvements et les apporter au MAV (Mars Ascent Vehicle), lequel décollerait en 2028, lors de la fenêtre de tir suivante. L'idée nouvelle est que le rover de 2020 « apporte lui-même au MAV le conteneur contenant les échantillons martiens qu'il aura collectés ».
Un atterrissage risqué et obligatoirement très précis
« Ce scénario est évidemment économiquement attrayant, mais c'est aussi un risque supplémentaire si le rover Mars 2020 tombe en panne. » Il sous-entend aussi une « précision d'atterrissage inédite avec une ellipse d'erreur très réduite car le MAV devra se poser à proximité de Mars 2020 ». Or, pour un atterrissage aussi précis, « le Sky Crane utilisé pour poser Curiosity ne suffira pas ». Pourtant, il a été capable de viser une ellipse d'incertitude de seulement 20 kilomètres d'envergure et « s'est posé à seulement 2,4 km du point de visé ».
Les partenariats internationaux en discussion
L'ellipse d'incertitude du MAV, si on la suppose identique à celle de mars 2020, sera longue d'environ 9 kilomètres seulement ! À comparer avec l'ellipse d'incertitude d'ExoMars 2020, longue de 104 km et large de 19 km. Pour atteindre une telle précision, le module de descente devra utiliser « un parachuteparachute d'un très grand diamètre qui s'ouvrira non pas en fonction de la vitesse atteinte mais de la position du module de descente par rapport au point visé ». Son ouverture devra être qualifiée sur des plages de vitesses et de pressionspressions plus importantes que celui du rover Curiosity qui s'était déployé vers 10 kilomètres d'altitude. De plus, pour déterminer la position du module de descente, la Nasa devra utiliser « un modèle numériquemodèle numérique de terrain (MNT) capable de cartographier le relief en temps réel et de piloter un déplacement en cas d'obstacles jugés dangereux ».
En conclusion, si ce nouveau scénario présente « le gros avantage de simplifier la mission et de baisser son coût, il a comme inconvénient d'augmenter les risques ». S'ils sont jugés inacceptables ce scénario ne pourra être retenu.
Peut-on voir dans cette idée de la Nasa un moyen poli pour les Américains de moins dépendre de l'Agence spatiale européenne pour rapporter sur Terre des échantillons martiensrapporter sur Terre des échantillons martiens ? Et donc d'imposer à l'ESA et ses scientifiques des conditions restrictives pour obtenir des échantillons martiens ?
Enfin, on notera la tenue d'un colloque sur le rôle des partenaires dans cette mission de retour d'échantillons, en marge du Salon aéronautique international de Berlin qui se tiendra du 25 au 29 avril prochain. L'Agence spatiale européenne et la Nasa discuteront d'un possible partenariat dans lequel l'ESA fournirait l'orbiteur Mars 2028, qui ferait le rendez-vous et la capture avec le MAV et le retour sur Terre avec les échantillons, et le Royaume-Uni réaliserait le fetch rover si tant est qu'il est conservé.
Retour d’échantillons martiens, mode d’emploi
Article de Jean EtienneJean Etienne, publié le 20/08/2008
Le retour d'échantillons martiens est considéré comme une étape essentielle d'un cycle d'exploration qui a commencé par une reconnaissance lors de simples survolssurvols balistiques, puis orbitaux, pour aboutir à l'observation in situ. Mais de nombreuses expertises échapperont toujours aux instruments, aussi perfectionnés soient-ils.
Certaines mesures critiques restent hors de portée des instruments embarqués. Soit en raison de leur complexité, soit parce que la somme des critères à prendre en compte lors de leur analyse exigera toujours un examen préalable par l'esprit humain, seul capable d'opérer un tri sélectiftri sélectif et immédiat, et surtout d'introduire dans le processus de choix une donnée imprévue.
Ainsi, les unités de calcul à la base de tout système informatique, a fortiori de ceux embarqués dans des sondes totalement autonomes (la durée de transmission des signaux empêchant un contact en direct avec la Terre) travaillent selon un processus logique, totalement dénué d'intelligenceintelligence, incapable de classifier selon un ordre de priorité une série d'objets qu'elles n'ont pas appris à reconnaître.
D'où la très grande difficulté à détecter une forme de vie étrangère dont on ne connaît pas la biologie, encore moins le comportement, ce qui explique la progression "par tâtonnements" des chercheurs de la Nasa qui tentent en priorité de déterminer les conditions environnementales du terrain martien avant d'en déduire le principe vital d'un hypothétique organisme. Autrement dit, si on veut trouver, il faut d'abord savoir ce que l'on cherche !
Au-delà de la détection formelle de la vie, d'autres expérimentations s'avèrent impossibles selon l'avancement actuel de la Science. On peut citer la datation précise des roches, ainsi que les analyses isotopiques sophistiquées qui ne peuvent être effectuées qu'au pris de l'utilisation d'un matériel lourd et encombrant sur Terre.
Aussi, le retour d'échantillons martiens s'inscrit-il comme une priorité incontournable dans le cycle d'exploration, aussi indispensable que le débarquement humain.
Le ND-MSR SAG (Next Decade Mars Sample Return Science Analysis Group), aussi connu sous l'abréviation ND-SAG, vient de publier un rapport formulant les objectifs principaux vers lesquels devraient tendre les premières missions de collecte d'échantillons martiens destinés à être analysés sur Terre. Ces objectifs ont été déterminés en tenant compte des capacités des laboratoires les mieux équipés et les plus performants, considérant aussi que certains d'entre eux pourraient être conservés pour analyse ultérieure par de nouvelles méthodes.
- Détermination de la composition chimique, minéralogique et isotopique dans les micro-gisementsgisements de carbonecarbone, d'azoteazote et de soufresoufre, avec étude de leurs interactions.
- Identifier les processus mis en œuvre par le passé et dans le présent par ces éléments afin de déterminer leur aptitude à soutenir le développement de la vie et d'un environnement habitable.
- Evaluer la possibilité de processus prébiotiquesprébiotiques passés ou présents sur Mars en caractérisant les signatures de ces phénomènes sur la base de leur structure et de leur morphologiemorphologie, des biominéraux, des compositions isotopiques et moléculaires des matièresmatières organiques rencontrées, ou de toute autre évidence dans le contexte géologique local.
- Interpréter et déterminer les interactions entre l'eau et les roches martiennes par l'étude de leurs produits résultants.
- Obtenir une datation précise des grands évènements géologiques de la croûtecroûte martienne, y compris la sédimentationsédimentation, la diagenèsediagenèse, le volcanismevolcanisme, la formation du régolitherégolithe, le changement hydrothermique, la cratérisation et la météorologiemétéorologie.
- Comprendre les paléoenvironnements et l'histoire des eaux de surface en caractérisant les composants clastiques (c'est-à-dire les éléments résultant de la destruction des roches par l'érosion) et chimiques, les processus de sédimentation et la déformation ultérieure de ces couches sédimentaires.
- Modéliser le processus d'accrétionaccrétion, de différentiationdifférentiation, et d'évolution de la croûte martienne, du manteaumanteau et du noyau.
- Déterminer comment le régolithe martien s'est formé puis s'est modifié, et comprendre pourquoi son aspect diffère d'un endroit à l'autre.
- Caractériser les risques auxquels s'exposeront les futurs explorateurs humains en matière de toxicité (biologique ou chimique) ou de l'abrasionabrasion par la poussière martienne. Evaluer l'utilisation potentielle des matériaux rencontrés à la constructionconstruction d'une future base martienne.
- Evaluer l'état d'oxydationoxydation en fonction de la profondeur, de la perméabilité, et d'autres facteurs des terrains situés à fleur de terre ou à faible profondeur mais néanmoins accessibles, afin de déterminer le potentiel de conservation pour les signatures chimiques d'une hypothétique vie actuelle ou d'une chimiechimie prébiotique.
- Déterminer la composition initiale de l'atmosphèreatmosphère martienne, ainsi que les taux qualitatifs et quantitatifs d'augmentation et de réduction de cette masse atmosphérique durant les époques géologiques, ainsi que les taux d'échange avec la matière condensée en surface.
- Concernant les calottes polairescalottes polaires, déterminer leur âge, géochimie, stade de formation, et détailler l'histoire de leur évolution passée et présente par l'analyse détaillée de la composition de l'eau, du CO2CO2 et des constituants de la poussière qu'elles renferment, ainsi que des taux isotopiques des diverses couches stratigraphiques supérieures jusqu'à la surface.
Des recommandations
Outre les motifs évoqués, le ND-MSR SAG émet une série de recommandations techniques dans le but d'optimiser la collecte et le retour d'échantillons.
Il est ainsi souligné qu'un programme d'investigation scientifique exige une masse de 8 grammes de roche dense ou granuleuse, tandis que 2 grammes supplémentaires sont nécessaires si l'on veut détecter des traces de vie, conduisant à un minimum de 10 grammes par échantillon. Cependant, certains types de roche pourraient exiger au moins 20 grammes pour obtenir un résultat fiable et il faut aussi considérer l'intérêt de conserver une partie supplémentaire pour contre-expertise ou analyse ultérieure avec des moyens plus sophistiqués ou simplement plus adéquats en fonction des premières découvertes.
Le nombre d'échantillons est aussi prépondérant. Les études des différences entre les échantillons peuvent fournir plus d'informations que des études détaillées d'un seul échantillon. Le plan de vol de MSR prévoit la collecte de 35 échantillons, soit 28 de roche, 4 de régolithe, 1 de poussière, 2 de gazgaz. Mais si on veut profiter des acquis de MSL (Mars Science LaboratoryMars Science Laboratory, prévu en 2011), il est nécessaire de prévoir 26 échantillons supplémentaires aux fins de comparaison (20 roches, 3 régolithes, 1 de poussière et 2 de gaz atmosphérique). La masse totale des échantillons à ramener serait ainsi de 345 grammes (380 en considérant MSL), soit 700 grammes avec l'empaquetage nécessaire.
Cet empaquetage devra prévoir une atmosphère spécifique à chaque échantillon, respectant son milieu de prélèvement afin d'éviter toute pollution ou corruption par un élément chimiqueélément chimique étranger. Pour cette raison, chaque objet devra être parfaitement isolé des autres, protégé des chocs et soutenu afin qu'il ne puisse se fragmenter durant le trajet jusqu'à la Terre. Le plus possible d'échantillons seront encapsulés hermétiquement afin de retenir tous les gaz qu'ils pourraient dégager.
Et surtout, pas de passager clandestin !
Certains échantillons, comme par exemple les composés organiques, sulfates, chlorures, argilesargiles, glace, et eau liquide, qui ont tendance à se dégrader rapidement dès qu'ils sont ramenés en surface, devront effectuer le trajet dans des compartiments de congélation à -20 °C. Cette condition est indispensable pour garantir les résultats des analyses sur Terre.
Enfin, la pertinence de la collecte elle-même exige de nombreuses précautions. Ainsi, aucun échantillon destiné à être ramené ne devrait être prélevé avant 3 à 6 mois suivant l'atterrissage de MSR, cette période étant mise à profit pour examiner sous tous les angles et de toutes les manières (imagerie couleurscouleurs haute définition, analyse chimique et spectroscopique, analyse microscopique) chaque parcelle de roche, de régolithe ou de poussière jugée intéressante. Il n'y aura pas de place à bord pour tout le monde...
Et la dernière précaution n'est pas la moins importante, puisqu'il s'agit d'appliquer aux véhicules chargés de la collecte un très haut niveau de décontamination. Il serait en effet très mal vu, dès leur arrivée sur Terre, de découvrir dans ces roches martiennes des organismes bien terrestres...
