Le développement de la mission de retour d'échantillons que préparent la Nasa et l'Agence spatiale européenneAgence spatiale européenne se poursuit. Alors que sur Mars le rover PerseverancePerseverance récupère actuellement les échantillons du sol de la planète qui seront rapportés sur Terre, la Nasa a choisi Lockheed Martin pour construire cette fuséefusée. Ce Mars Ascent Vehicle (MAV) sera utilisé pour envoyer en orbite martienne les échantillons de la Planète rouge ayant été ramassés au sol par le Fetch rover de l'Agence spatiale européenne.

S'appuyant sur des technologies militaires, dont les moteurs seront des versions dérivées de moteurs de missiles, ce MAV sera tout de même compliqué à réaliser même si la Nasa peut s'appuyer sur le programme Apollo dont les astronautes décollaient de la LuneLune pour rejoindre en orbite le véhicule qui les ramenait sur Terre. Ce mini-lanceurlanceur doit être suffisamment robuste pour résister à l'environnement martien, très différent de celui de la Terre. Parmi les contraintes auxquelles il devra tenir compte, on citera la faible gravitégravité de la planète et l'atmosphèreatmosphère martienne, très peu dense. À cela s'ajoute que l'on a jamais fait décoller une fusée depuis la surface d'une autre planète. Ce MAV devra être d'une très grande fiabilité. Ses moteurs seront allumés et devront fonctionner la duréedurée prévue, plusieurs années après avoir été construits ! Le coût du contrat est estimé à quelque 196 millions de dollars et comprend plusieurs MAV d'essai et un seul modèle de vol.

Le rocher Issole, foré à deux reprises par Perseverance en décembre 2021 et février 2022. © Nasa, JPL-Caltech

Un MAV aux capacités limitées 

Alors que les agences spatiales et quelques entreprises privées pourraient envoyer une première mission habitée à destination de Mars dans le courant de la décennie 2040, voire avant la fin de la décennie 2030 pour SpaceXSpaceX, on peut regretter que l'aspect habité soit absent dans la définition de ce MAV.

En se contentant d'une fusée à la capacité limitée de moins de 20 kilogrammeskilogrammes de charge utile à lancer en orbite martienne, la Nasa a peut-être manqué d'audace. Un MAV habité nécessitera une capacité de l'ordre d'une tonne à remonter en orbite martienne. Il sera nécessaire de réaliser une mission de retour d'échantillons bien plus lourde pour tester un véhicule de renvoi en orbite avec la même massemasse qu'un MAV habité.

La Nasa lance le développement des moteurs de la fusée qui quittera Mars avec des échantillons du sol

Article de Rémy DecourtRémy Decourt publié le 15/03/2021

Alors que le rover Perseverance collectera des échantillons martiens, la Nasa a octroyé le contrat de développement des moteurs du MAV qui les emportera en orbite martienne d'où ils seront récupérés et rapportés sur Terre à l'horizon 2030.

L'arrivée sur Mars du rover Perseverance a donné le coup d'envoi de l'ambitieuse mission de retour d'échantillons martiensretour d'échantillons martiens que préparent la Nasa et l'Agence spatiale européenne. 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. L'Europe réalisera le satellite de capture et de retour vers la Terre, le fetch rover, le bras de récupération et de transfert des échantillons dans le container. Quant à la Nasa, elle réalisera le véhicule d'ascension martien (MAV) et son système d'atterrissage, le container des échantillons, le système de capture du container en orbite martienne, la capsule de rentrée terrestre et son inclusion dans une double enveloppe.

Dans le cadre de cette mission ambitieuse, Perseverance sera chargé de collecter les échantillons qui seront récupérés plus tard et rapportés sur Terre à l'horizon 2030. En préparation de cette mission, la Nasa vient d'octroyer à Northrop Grumman Systems Corporation le contrat de développement des moteurs du véhicule d'ascension martien (MAV) qui quittera Mars avec les échantillons.

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. Ce contrat, d'un montant maximal de 84,5 millions de dollars couvre la réalisation et les essais des deux moteurs du MAV. Très contraint concernant sa taille et sa masse pour des raisons d'encombrement, 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 kilogrammes - 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 gravité martienne, qui représente seulement 38 % de celle de la Terre, rend possible le décollage d'une fusée de ce gabarit.

Concept à l'étude du MAV de la mission de retour d'échantillons martiens de la Nasa et de l'ESA. © Nasa, MSFC

Un moteur de la gamme Star

Ce n'est pas vraiment un nouveau moteur que développera Northrop Grumman. Comme l'a souligné Rebecca Torzone, vice-présidente de la branche missile de Northrop Grumman, le MAV « utilisera un moteur de la gamme Star pour les deux étages de la fusée ». Sans surprise, Rebecca Torzone est restée vaguevague sur le modèle qui sera utilisé. Et pour cause, ce moteur de type militaire compte près d'une centaine de configurations possibles dans  le catalogue Northrop Grumman ! Cela dit, ce n'est pas étonnant : la conception du MAV s'appuie sur des technologies militaires et les moteurs utilisés seront des versions adaptées de moteurs de missiles.

Cependant, le moteur Star, à combustible solide, utilisé pour motoriser les deux étages du MAV devra être adapté à l'environnement martien, très différent de celui de la Terre. Des contraintes de développement qui devront tenir compte de la faible gravité de la planète et de la densité de l'atmosphère martienne, très peu dense. À cela s'ajoute que l'on a jamais fait décoller une fusée depuis la surface d'une autre planète. D'où ce contrat qui prévoit 14 mois de développement, de fabrication, de tests et une phase de qualification. 

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. 

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 OrbiterOrbiter 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.

Le retour des échantillons sur Terre pourrait avoir lieu dès 2030.