Les passionnés d’exploration spatiale ont rendez-vous avec l’histoire ce jeudi 18 février 2021. Le jour où le rover de la Nasa parti à la recherche de traces de vie sur la planète rouge doit se poser à la surface de Mars. Ce sera après avoir vécu « sept minutes de terreur » ! Une phase des plus critiques qu’Olivier Sanguy, expert de la question à la Cité de l’espace, décortique pour nous.
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Le 30 juillet 2020, Perseverance, le rover de la Nasa, a pris la direction de Mars. Son arrivée sur la planète rouge est désormais imminente. Elle est prévue pour ce jeudi 18 février 2021, à 21 heures 55, heure de Paris. « C'est du moins l'heure à laquelle la Nasa espère recevoir la confirmation d'un bon atterrissage. En tenant compte des délais de télémétrie », nous précise immédiatement Oliver Sanguy, spécialiste des actualités spatiales à la Cité de l'espace.
Si la confirmation d'un bon atterrissage arrive, c'est que le rover aura survécu à ce que les ingénieurs de la Nasa appellent depuis 2012, les « sept minutes de terreur » ! « L'expression a vu le jour pour l'atterrissage sur Mars d'un autre rover : Curiosity », se souvient OlivierOlivier Sanguy.
À l'époque, Adam Steltzner, l'ingénieur en chef du système d'atterrissage, expliquait dans une vidéo de la Nasa : « Du haut de l'atmosphèreatmosphère à la surface de la planète rouge, il faudra à CuriosityCuriosity environ sept minutes. Et pour que son signal arrive jusqu'à nous, sur Terre, il faudrait quelque 14 minutes. Lorsqu'il nous dira : "J'ai bien pénétré l'atmosphère de Mars." cela fera en réalité déjà sept minutes qu'il sera à la surface. Vivant ou mort ? Nous l'ignorerons. » Le même scénario va se reproduire le 18 février pour PerseverancePerseverance.
En 2012, la Nasa présentait la nouvelle technologie Sky Crane qui sera réutilisée pour l’atterrissage de Perseverance, le 18 février prochain. © JPL-Caltech, Nasa
Un atterrissage nécessairement automatisé
« De toute façon, l'atterrissage d’un rover tel que Perseverance ne pourrait pas être piloté par un humain. Il y a tellement de choses qui s'enchainent, des paramètres tellement précis à prendre en compte qu'il faut nécessairement l'automatiser », souligne Olivier Sanguy. Et si les ingénieurs de la Nasa parlent de sept minutes de terreur, c'est aussi pour ça. Parce que pendant cette phase -- que les initiés appellent la phase EDL pour Entry, Descent, Landing --, un nombre incroyable de choses peuvent mal tourner. « Il y a les grandes procédures. Et pour chacune d'entre elles, il y a une myriade de petits dispositifs qui doivent bien fonctionner. Le tout dans un timing extrêmement précis. »
Revenons sur les différentes étapes. « L'entrée dans l'atmosphère avec une capsule, le recours à un bouclier thermique qui chauffe jusqu'à 1.300 °C, l'ouverture d'un parachuteparachute en supersonique, c'est impressionnant. Mais ça a déjà été fait plusieurs fois. Le Sky Crane, en revanche, ne sera utilisé que pour la deuxième fois. » Et à en croire Adam Steltzner, « la technologie a beau être le résultat d'études poussées et raisonnées, elle a tout de même l'air complètement dingue ».
La Cité de l’espace détaille les sept minutes de terreur qui attendent Perseverance, le rover de la Nasa, à son arrivée sur Mars, le 18 février prochain. © Cité de l’espace
Pour Perseverance, un atterrissage au millimètre
Alors le Sky Crane, c'est quoi ? C'est une grue volante qui permet d'éviter d'ajouter au poids du rover -- qui pèse déjà une tonne --, celui de jambes et d'une plateforme d'atterrissage. « On est là strictement dans la recherche du gain de massemasse », nous explique Olivier Sanguy. Strictement ? Pas tout à fait. « En fait, la technologie permet aussi de gagner en précision et en souplesse. Les roues du rover servent de système d'atterrissage final. Cela permet de se poser sur des terrains un peu plus escarpés qu'avec un atterrisseur classique. » De quoi donner un peu d'air à Perseverance. D'autant qu'a priori, le Sky Crane est conçu pour un terrain un peu moins accueillant que celui qui attend le rover de la Nasa du côté du cratère Jezero.
Pour améliorer encore un peu plus la précision de l'atterrissage de Perseverance, les ingénieurs de la Nasa ont imaginé deux nouvelles technologies. Le Range Trigger, tout d'abord. Il interviendra au moment de déclencher le parachute. Rappelons en effet que plus le parachute est ouvert haut, plus le cônecône d'incertitude à l'arrivée sur Mars est grand. Alors en fonction des données que la sonde récupèrera sur l'état de l'atmosphère martienne -- qui dépend notamment des poussières et des ventsvents, bref, de conditions météorologiques qui ne peuvent pas être prévues avant le lancement du rover depuis la Terre -- ce jeudi 18 février, le parachute s'ouvrira -- déclenché par un mortier -- au mieux, dans une fourchette comprise entre 9 et 13 kilomètres d'altitude.
Vers quatre kilomètres d'altitude, c'est un autre système qui prendra le relais : la Terrain Relative Navigation. Elle repose sur un ensemble de caméras et de radars qui établiront une cartographie du sol et mesureront la vitessevitesse d'approche de Perseverance. Ces données seront comparées aux cartographies préenregistrées par l'ordinateurordinateur de bord. De quoi alimenter le Sky Crane et procéder aux corrections de trajectoires utiles. Avec pour objectif d'atterrir en douceur, dans une ellipse de 7,7 x 6,6 kilomètres autour du point prévu. « Après un voyage dans l'espace de quelque 490 millions de kilomètres, ce n'est pas rien », commente Olivier Sanguy. « L'autre intérêt de la Terrain Relative Navigation, c'est qu'elle peut détecter un obstacle imprévu et décaler le point d'arrivée en fonction. » De quoi garantir à Perseverance, un atterrissage en douceur.
« Sur Mars, on atterrit où on peut »
« Il faut garder à l'esprit que sur Mars, on se pose où on peut. Malheureusement, la science est rarement là où on peut se poser. À l'exception notable d'InSightInSight qui avait besoin, pour que son sismomètresismomètre fonctionne, d'un environnement plat comme les aiment les ingénieurs. "L'endroit le plus ennuyeux qui se trouve sur Mars", ont-ils estimé à l'époque. Mais un rover permet de se poser là où on peut et de se déplacer ensuite là où on veut. »
À condition de survivre à ces fameuses sept minutes de terreur. Sept minutes au cours desquelles « si le largage du bouclier ne se fait pas, c'est terminé. Si le parachute ne s'ouvre pas, c'est terminé. Si le Sky Crane ne se détache pas, c'est terminé. Si le petit dispositif qui doit couper les câbles par lesquels le rover descend dès qu'il touche le sol ne fonctionne pas, c'est terminé. Le Sky Crane irait alors s'écraser au loin, traînant lamentablement le rover derrière lui. Ou il resterait en vol et finirait par s'écraser sur le rover. Tout cela tient à des lames actionnées par un petit explosif pour aller sectionner les câbles. Même si cela fonctionne, mais pas dans le bon timing, c'est terminé. Si cela se fait trop tôt, le rover s'écrase. Si cela se fait trop tard, le rover est traîné », souligne Olivier Sanguy.
« Bien sûr, tous ces systèmes sont testés. Les moyens sont mis pour que tout fonctionne. Mais nous ne saurons pas avant ce jeudi à 21 heures 55 si tout s'est réellement bien passé pour Perseverance. » Rendez-vous sur le live de Futura pour suivre cet atterrissage historique en direct.
Les « sept minutes de terreur » qui attendent le rover Perseverance le 18 février
Dans moins de deux mois, le vaisseau transportant le nouveau grand rover de la Nasa Perseverance et le révolutionnaire Mars Helicopter IngenuityIngenuity va entrer dans l'atmosphère de Mars pour les déposer en douceur sur leur site d'exploration. Un moment où toutes les équipes de la mission retiendront leur souffle.
Article de Xavier DemeersmanXavier Demeersman paru le 06/02/2021
L'arrivée du rover Perseverance à la surface de Mars en quête de traces de vie anciennes ou actuelles sera un des plus grands moments de 2021. Une mission, rappelons-le, très ambitieuse tant sur le plan de la recherche en exobiologie, météorologiemétéorologie, environnement extraterrestre que celui de la préparation de l'installation des premiers êtres humains sur une autre planète.
Pour l'instant, le super-rover à la pointe des technologies (célébré par le Time magazine, on en parle ici), encapsulé dans le vaisseau qui le conduit jusqu'à la Planète rouge, vogue paisiblement dans l'espace interplanétaire à une vitesse de quelque 85.000 km/h ! Les trois quarts de son voyage sont déjà accomplis (77 % ce 24 décembre) et il ne lui reste plus que 56 jours de vol (108 millions de kilomètres) avant d'apercevoir la terre rouge... Comme prévu, ce sera donc le 18 février que la machine va atterrir à l'intérieur du cratère Jezero, une destination bien entendu sciemment choisie par les équipes scientifiques de la mission pour son habitabilité passée, il y a plus de trois milliards et demi d'années, quand il faisait plus chaud à la surface de ce monde.
Sept minutes de terreur !
Comme tous les engins qui veulent toucher le sol de Mars, Perseverance va devoir atterrir en douceur, et ainsi passer d'une vitesse de croisière supérieure à 50.000 km/h à zéro en très peu de temps. La méthode choisie pour cette séquence nommée EDL (entry, descent, and landing) est pratiquement la même que celle employée pour Curiosity, en août 2012. Elle a fait ses preuves.
La très belle animation ci-dessus présente l'enchaînement des différentes actions qui se dérouleront le jour J. Le moment le plus tendu sera bien sûr celui où la capsule plongera dans l'atmosphère jusqu'au terminus au sol quelques minutes plus tard. Un moment crucial pour la mission que la Nasa appelle, à juste titre, « sept minutes de terreur ! » (ici condensées en trois minutes dans la vidéo). Comme le centre de contrôle de Mars 2020 est sur Terre, à des centaines de millions de kilomètres de là, soit une dizaine de minutes-lumièrelumière, toutes les actions ont donc été orchestrées à l'avance et le cerveaucerveau du vaisseau n'aura plus qu'à jouer la partitionpartition qu'on lui aura transmise.
Les principales étapes de l’atterrissage de Mars 2020
- 0:28 : Mars est en vue ! La capsule se sépare de son enveloppe de panneaux solaires.
- 0:40 : Le vaisseau qui transporte Perseverance entre dans l'atmosphère martienne. Il doit passer de 20.000 km/h à presque zéro en quelques minutes.
- 0:54 : Solidement attaché, le rover et son vaisseau sont conçus pour résister aux vibrationsvibrations au cours de son voyage et la manœuvre périlleuse de la séquence EDL.
- 1:05 : le cratère Jezero n'est plus très loin. Le parachute supersonique est ouvert. Maintenant, la descente peut se faire à une vitesse réduite.
- 1:26 : la capsule s'ouvre, le rover a les pieds dans le vide. Quelques instants plus tard, l'engin qui va le porter se détache du vaisseau, lequel va aller s'écraser des centaines de mètres plus bas.
- Aussitôt largué, le SkyCrane a allumé ses rétrofusées. C'est parti pour une petite balade au-dessus de la région où doit atterrir Perseverance.
- 2:03 : quand la zone d'atterrissage est en vue, à l'intérieur d'une ellipse de huit kilomètres, l'engin-porteur descend le rover avec les filins.
- 2:08 : quand Perseverance touche le sol, les filins sautent aussitôt. Le SkyCrane s'éloigne pour aller s'échouer dans un endroit qui ne met pas en danger le rover.
- Perseverance est livré. Reste plus ensuite qu'à vérifier que tout est en état de fonctionnement. Puis viendront les premières images de son environnement, mais aussi de lui-même, afin de l'ausculter visuellement. Puis les premiers tours de roue, les premières mesures météo, le déploiement du petit hélicoptèrehélicoptère révolutionnaire qui l'accompagne, etc.
